（交通信息工程及控制专业论文）青岛港水域通航安全及效率的研究.pdf

中文摘要 摘要 随着世界各国经济大规模的发展，船舶科技的进步，船舶日益大型化、快速 化，船舶在港口航行会遇率增大，港口交通变得越来越拥挤，船舶交通安全风险 迅速增大，导致水域交通不安全因素不断增大。为了预防和减少交通事故，保障 海上交通安全，提高通航效率，防止环境污染，如何增进海上交通安全与效率是 值得重视的课题。 本文运用水上交通安全管理研究的整体思路和海上交通工程学的基本原理， 以数理统计和排队论的方法科学的研究和分析港口中船舶的航行、待泊和进出港 船舶的顺序的问题；以泊松流拟合船i i 自n 达流，以一阶爱尔朗分布衡量港口服务 时间和靠泊时间，系统分析港口阻塞原因及其对船舶队长的影响；采用交通流统 计、安全指数评估方法以及理论计算与问卷调查相结合的方法，对青岛港水域的 船舶交通安全性进行了定量化研究；为避免船舶在港口水域因为等候进出造成的 拥挤导致碰撞，交管中心对于到达船舶、等待进港及出港船舶基于航道安全必须 做出适当的排序，既可解决通航安全亦可达到通航效率，本研究结合船舶通行安 全有关的资料，以青岛港水域为例，运用层次分析法对船舶权重进行分析，兼顾 通航安全与效率，通过验证确定其实用性，为解决进出港排序问题的研究奠定基 础，以期能增进港口水域的交通管理功能的进一步发展。 本研究的完成，为提高青岛港通航管理提供科学合理的决策依据，同时丰富 了海上交通安全领域的研究体系，补充了我国海上通航安全和效率方面的不足， 本文对青岛港口和锚地的规划也有一定的理论和现实意义。 关键词：通航效率；排队论；泊松流；安全 英文摘要 t h er e s e a r c ho ft h es a f e t ya n de f f i c i e n c yo fq i n g d a oh a r b o ra r e a s a b s t r a c t w i t hf a s td e v e l o p m e n to ft h ew o r l d se c o n o m y , a sw e l la st h ep r o g r e s so fs c i e n c e a n dt e c h n o l o g yo fs h i p ，t h es h i pb e c o m e si n c r e a s i n g l yl a r g e s c a l e da n dr a p i d ；a sar e s u l t ， t h er a t eo fs h i p sm e e t i n gi np o r ti n c r e a s e s ，t h et r a f f i ci nt h ep o r ti s b e c o m i n g i n c r e a s i n g l yc r o w d e d ，a n dt h es a f e t yr i s ko fs h i pi n c r e a s e sr a p i d l y , l e a d st ou n s a f e f a c t o r si n c r e a s eo nw a t e r i no r d e rt op r e v e n ta n dr e d u c et r a f f i ca c c i d e n t s ，t oe n s u r et h e s a f e t yo fm a r i n et r a f f i c ，t o ：7 , i 3 le v et h et r a f f i ce f f i c i e n c y , t op r o t e c tt h ee n v i r o n m e n t f r o mp o l l u t i n g ，h o wt oi m p r o v en a v i g a t i o ns a f e t ya n de f f i c i e n c yi sa l li m p o r t a n ti s s u e t h i sp a p e rs t u d i e st h eo v e r a l lo u t l o o ko fw a t e rt r a f f i cs a f e t ya ts e aa n dt h eb a s i c p r i n c i p l e so ft r a f f i ce n g i n e e r i n gu s i n gm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa n dt h em e t h o d so f q u e u i n gt h e o r yt or e s e a r c ha n da n a l y z es c i e n t i f i c a l l yt h ei s s u eo ft h eo r d e ra c c o r d i n gt o w h i c ht h es h i p sn a v i g a t i o n ，m o o r i n g ，e n t e r i n ga n dl e a v i n gi nt h ep o r t ；t os h i pf i t t i n g p o i s s o na r r i v a ls t r e a mf l o wt ot h ef i r s t o r d e re r l a n gd i s t r i b u t i o no fp o r ts e r v i c e st o m e a s u r et i m ea n dt h eb e r t h i n gt i m ea n dt h er e a s o n sf o rs y s t e m a t i ca n a l y s i so fp o r t b l o c k i n ga n dt h ee f f e c t so nt h ec a p t a i no ft h es h i p ；t h eu s eo ft r a f f i cf l o ws t a t i s t i c s ， a s s e s s m e n tm e t h o d s ，a sw e l la ss a f e t yi n d e xc a l c u l a t i o nw i t hac o m b i n a t i o no fs u r v e y m e t h o d s ，s a f e t yh a r b o rw a t e r so ft h es h i pc o n d u c t e daq u a n t i t a t i v er e s e a r c h ；i no r d e rt o a v o i dt h ew a t e r so ft h es h i pi np o r tb e c a u s eo fc o n g e s t i o nc a u s e db y w a i t i n gf o ra c c e s s t ol e a dt oc o l l i s i o n s ，t r a f f i cc o n t r o lc e n t e rf o rt h ea r r i v a lo ft h es h i p ，w a i t i n gf o r c l e a r a n c et oe n t e rp o r ta n ds h i p s e c u r i t ym u s tb eb a s e do nt h ec h a n n e lt om a k et h e a p p r o p r i a t es o r t ，i t w i l lr e s o l v et h et r a f f i cs a f e t yo fn a v i g a t i o n e f f i c i e n c yc a nb e a c h i e v e d ，t h i ss t u d yc o m b i n e dw i t ht h es h i pt r a f f i cs a f e t y r e l a t e di n f o r m a t i o nt ot h e w a t e r so fq i n g d a o ，h o n gk o n ga sa ne x a m p l e ，t h eu s eo fa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st o a n a l y z et h ew e i g h to ft h es h i p ，t a k i n gi n t oa c c o u n tn a v i g a t i o ns a f e t ya n de f f i c i e n c y , t h r o u g ht h ev a l i d a t i o nt od e t e r m i n e t h e i rr e l e v a n c e ，i no r d e rt oa d d r e s st h ei s s u eo fe n t r y a n de x i tt os o r tl a yt h ef o u n d a t i o nf o rt h es t u d yw i t hav i e wt oe n h a n c et h ep o r tw a t e r s 英文摘要 o ft h et r a f f i cm a n a g e m e n tc a p a b i l i t i e st of u r t h e rd e v e l o p t h ec o m p l e t i o no ft h i ss t u d y ，i no r d e rt oi m p r o v et h em a n a g e m e n to fq i n g d a op o r t n a v i g a t i o nt op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sf o rr a t i - 强a 1 d e c i s i o n m a k i n g ，a tt h es a m et i m e e n r i c h i n gt h er e s e a r c hi nt h ef i e l do fm a r i t i m es 慈e t ys y s t e m ，a d d e do fc h i n a sm a r i t i m e n a v i g a t i o ns a f e t ya n de f f i c i e n c yo f t h es h o r t c o m i n g so ft h i sa r t i c l ea n dt h ea n c h o r a g eo f t h e p o r to fq i n g d a o i sa l s op l a n n i n gat h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：n a v i g a t i o ne f f i c i e n c y ：q u e u i n gt h e o r y ；p o i s s o ns t r e a m ；s a f e t y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文! 直鱼渣坐缝适埴窒全区教室笪班窥：。除论文中已经注 明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密一( 请在以上方框内打 论文作者签名：r 俊牺师签 日期： “j ”、) 入 p 青岛港水域通航安全及效率的研究 第1 章绪论 1 1 选题的目的 随着经济的大发展，港口的货物吞吐量、船舶尺寸和数量在近年来以很大的 速度增长。由于船舶流量和船舶数量的增加，船舶会遇率增大，船舶交通变得越 来越拥挤，船舶交通安全风险迅速增大，导致水域交通不安全因素不断增大。但 是，作为海上运输的各个环节，尤其是航道和港口的建设、改造却远远滞后于船 舶流量的发展，航道拥挤的现象日趋严重，船舶在港外等待的风险也越来越大； 由于港口布局的不合理和锚地容量的不足，造成船舶等待中的损失甚至是港口收 益的好几倍。据我国水上交通事故的统计，2 0 0 5 年船舶事故数量为5 3 2 艘次，经 济损失4 3 5 亿元，2 0 0 6 年4 4 0 艘次，经济损失4 3 6 亿元，2 0 0 7 年4 2 0 艘次，经 济损失4 8 3 亿元，2 0 0 8 年发生事故数量3 4 2 艘次，经济损失5 1 9 亿元，虽然事 故数量成递减趋势；但是经济损失却一年比一年增加，造成的后果也越来越严重。 以往的调查研究的结果往往要求改革船舶的设计和操纵，但是确实需要改进的却 是港口、航道和锚地的布置和管理。这就迫使港口水域航道需要重新规划、升级， 以缓解现在的通航压力，并满足未来发展的需要。 船舶航行安全和效率是海上交通工程领域研究的两大主题乜1 。一直以来，对水 上通航安全研究的较多，对于通航效率方面的研究却不够深入。近年来，随着我 国船舶交通运输事业的发展，部分水域的船舶交通变得越来越拥挤，在确保船舶 航行安全达到一定水平的基础上，如何有效韵提高船舶交通的效率问题已经凸现 出来。但是，目前在我国国内，系统地分析船舶通航安全和效率之问关系等方面 的研究还不够深入，合理、实用的水上通航安全和效率的评价方法还有待进一步 开发完善。本研究的完成，不仅为主管机关在提高青岛港的通航安全和效率的通 航管理方面提供科学合理的决策依据，而且对于丰富海上交通工程领域的研究体 系，弥补我国海上通航安全和效率方面的评价方法的不足等方面具有一定的理论 和现实意义。 对于青岛港，地区年平均雾天达4 8 6 天，2 0 0 8 年则高达6 4 天的频繁海雾， 也使船舶航行安全风险加大，致使港口运行效率存有很大的负面影响因素。特别 第1 章绪论 是进出港航道上时常发生通航交通事故，凸显了青岛港目前的通航条件的严重不 适应性。 在青岛港水域设立船舶定线制，对于整顿通航秩序、改善通航条件，确保船 舶交通的安全、有序、畅通发挥积极作用；如何更进一步发挥船舶定线制的作用 避免航道内发生通航事故，是本文研究的目的之一。同时，结合航道条件对青岛 港锚地和泊位综合分析，建立数学模型，找到船舶快速安全进出港口的限制因素， 对提高青岛港的区位竞争力和对港口进行准确适宜的战略发展定位具有重要意 义。 1 2 国内外对通航效率的研究 以海运为基础的日本经济在上世界六十年代发展迅速，与此同时海上交通事 故的增加促使日本海上保安厅，日本海难防止协会，r 本海上交通学会研究组对 此进行了一系列的研究，发表了大量的文章。主要研究方法为统计法、分析法、 模拟法。用来统计船舶特性及水文气象状况，分析交通流动情况，交通容量、交 通管制，建立数学模型，近年来用在这方面的数学模型主要是数理统计和排队论， 另外还有流体模型、粒子模型及电位模型。 1 9 5 9 年京藤大学运输系的永男先生，京藤研究小组，东京大学的平元等人， 这些研究中把泊位、船舶、航道、装卸设备看成一个系统研究。美国洛杉矶加州 大学的n e i i i 教授，美国土木工程师协会的c hp l u m l e e 博士也研究了港口的规 模及航道泊位对通航效率的影响口1 。 1 9 7 2 年左右，联合国贸发会对排队论在海上交通中应用所得出的几条结论予 以肯定，指出：泊松流是港湾系统中船舶到达流的最好拟合，服务时间或靠泊时 间的分布决定为爱尔朗分布h 1 。 对于通航系统的研究，在我国开始于6 0 年代，真正较深入的研究开始于7 0 年代后期，研究的主要方面是最优化泊位及最优泊位利用率的选定，所使用的主 要工具是排队论与数理统计。1 9 8 3 年大连海事大学的秦效生先生在杨守仁教授、 方祥麟教授的指导下完成了硕士论文海上交通中阻塞问题的研究及泊位系统的最 优化分析，以统计分析为基础，建立了锚区、航道、泊位系统的数学模型，对航 道容量及泊位系统的优化进行了分析和研究。1 9 9 4 年谢吟义先生完成大连港附近 一2 一 青岛港水域通航安全及效率的研究 海上交通的研究及交通管理方法的探讨文。最近1 0 年，国内进行了大量船舶定 线制对港口航行安全的影响的研究，运用工程排序的方法讨论船舶进出港的顺序 问题。 1 3 本文研究的主要内容和方法 国内外研究通航效率的方法主要为运用统计法来统计船舶特性及水文气象状 况，分析交通流动情况，交通容量、交通管制。用在这方面的数学模型主要是数 理统计和排队论。 早在六十年代，国外就开始用数理统计及排队论方法去科学地研究和分析港 口中船舶的待泊问题。1 9 7 2 年左右，联合国贸发会对排队论在海上交通中应用所 得出的几条结论予以肯定，指出：泊松流是港湾系统中船舶到达流的最好拟合， 服务时间或靠泊时间的分布决定为爱尔朗分布。 ( 1 ) 本文研究的主要内容 本文在总结前人经验的基础上，应用排队论为理论工具，以“青岛港的通航 安全及效率”的项目为背景，系统分析青岛港的港口、航道和锚地的条件，分析 航道的容量问题，得出提高的通航效率的依据。以期达到对港口系统的合理化设 计，高效的管理，进一步利用青岛港船舶定线制的优点，改善通航秩序，提高通 航安全性和通航效率；找到所需要的最大锚地容量，增加船舶在锚地等待的安全 性，缩短船舶在港外等待时间；利用排队理论建立模型，计算出最优泊位数，提 高泊位利用率。具体研究内容如下： a 船舶交通流的统计特征及交通安全评价； b 船舶定线制的对提高通航安全和效率的作用； c 锚地的安全容量及规划的合理性； d 港口泊位利用的最合理状态； e 船舶进出港最优排序 ( 2 ) 研究方法与研究路线 船舶到达规律与船舶流量或船舶交通量的变化规律是一致的。一般来说，船舶 的到达服从泊松分布和二项分布。相继两船的到达时间间隔应服从负指数分布。把 航道作为一个单独的服务员系统处理时，他的服务时间的分布类型极分布参量是 一3 一 第l 章绪论 不确定的，但是在来流及泊位系统参数都确定时，航道的服务时间有一定的固定分 布。所以可以用数学模型来简便研究其暂态特征及其对外界的影响。船舶到达和 离去完全是随机的，根据统计资料，我们认为抛锚船舶数属于泊松分布。 根据排队论，输入过程、服务机构和排队规则如果不同，那么构成的排队模 型也不同。大多数港口随机服务系统的排队模型为m e k s ( ) ，其中m 表示船舶 到达服从泊松分布，e k 表示船舶占用泊位时间服从k 阶e r l a n g 分布，s 是港口的 泊位数，s ( o o ) 表示船舶队长无限制。 所以，本文以问卷调查为依据进行统计得出航道效率提高的依据；以数理统 计和排队论的方法科学的研窆即分析港口中船舶的航行和待泊问题，计算排队队 长，系统分析提高港口安全及效率的方法口引。 青岛港水域通航安全及效率的研究 第2 章青岛水域交通状况调查分析 2 1 附近水域的环境情况 2 1 1 港口地理环境 青岛地处山东半岛南部，位于11 9 3 0 一1 2 10 0 e ，3 5 3 5 3 77 0 9 ，东、南 濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与r 照市接壤。全市总面 积为1 0 6 5 4 平方公里。青岛海岸线长且多曲折，约为7 1 0 9 公里，基本分为基岩 呷角岸、稳定岸、淤积增长岸等3 种基本类型，山岭呷角之间构成形态多异、特 点不同的多处海湾。青岛港自然资源丰富，停泊避风条件好。胶州湾位于山东半 岛南岸略中部，海湾水域面积4 3 8 平方公里。湾口及中部深水区水深达3 0 米以上， 最大水深在湾口处为6 5 米；口小肚大，具有较为隐蔽的海洋环境和可充分利用的 水域空间。海湾南部水域深阔、不冻不淤，是建设深水大港的良好处所，青岛港 就位于其中。湾内底质多位泥沙，碍航物较少，湾内曲折多奥，适合各类船舶锚 泊，并且胶州湾是良好的防台避风锚地。 2 1 2 水域气象条件 青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。空气湿润，雨量充沛，温度适 中，四季分明。春季气温回升缓慢，较内陆迟1 个月；夏季湿热多雨，但无酷暑； 秋季天高气爽，降水少，蒸发强；冬季风大温低，持续时间较长。 气温：年平均气温1 2 4 ，极端最高气温3 8 9 ，历年极端最低气温1 6 4 ； 最热月为8 月，月平均气温2 5 2 c ，最冷月为1 月，平均气温1 2 。日最高气 温高于3 0 的r 数，年平均为1 1 4 天；同最低气温低于5 的同数，年平均为2 2 天。 降水量：年平均降水量为7 3 5 1 l n m ，年最多降水量1 3 2 5 4 1 l u n ( 1 9 6 4 年) ，最 少降水量为4 0 1 1 n l n 。降水主要集中在7 、8 月，约占年降水总量的4 6 。日降水 量为2 5 1 n m 的年平均天数为5 5 d 。 风况：全年以n w 和n n w 向风为主，两向风频率和为2 3 ；e e s e 向风次之， 两向风频率和为1 9 。全年以n e 和w 向风出现频率最少，均为2 ：其余各向风的 第2 章青岛水域交通状况调查分析 频率为3 一6 ；全年静风的频率为8 。图2 1 是累年各月最多风向与频率，由图 可见：春、冬季以n w 风为主，秋、夏季以e 风为主。 图2 ，1 累年各月最多风向与频率 f i g 2 1t h ee v e r ym o n t ho ft h em a n yy e a r so ft h em o s to fw i n dd i r e c t i o na n df r e q u e n c y 热带气旋：对青岛地区有影响的热带气旋主要出现在7 9 月，每年约发生2 - 3 次，最多4 次( 1 9 6 2 年) 。影响时的最大风速超过1 2 级，风向多为n n e 和n 哪向， 其次为s e s 向。热带气旋到来时候多引起风暴潮，据历史资料记载，大港区出现 的5 次j x l 暴潮增水位分别为6 m 、5 3 6 m 、5 1 2 m 、5 4 8 m 、5 s m ，分别发生在1 9 3 9 、 1 9 5 6 、1 9 8 5 、1 9 9 2 、和1 9 9 7 年。 雾：青岛是海雾的多发区。从雾的属性看，青岛以平流雾为主。平流雾是暖 湿空气流经冷海面降温、增湿水汽达到饱和凝结而成。它的生消较为突然，持续 时间长短不一。海雾浓时，海上能见度只有几十米乃至十几米，对航海构成极大 威胁蹄3 。一定的水与气温差是形成平流雾的必要条件，但还需要某些特定的天气系 统与之配台，对青岛而言，主要有以下几种类型：入海高压后部、太平洋高压脊西 伸、气旋或倒槽前部。 冰雹：冰雹的出现月份，主要集中在5 、6 月和1 0 月。由于冰雹是由生命期 较长的强风暴系统产生的强对流天气现象，所以在出现冰雹时常伴有暴雨和大风。 冰雹的最大直径达1 s e m 。 一6 5 o 5 0 s o s o 3 3 2 2 l 1 青岛港水域通航安全及效率的研究 2 1 3 水域水文条件 水温：累年平均水温为1 3 5 ，平均水温的年变化呈比较规则的一峰一谷型， 谷值在2 月，峰值在8 月。平均年较差为2 1 4 。c 。 潮汐：青岛港潮汐属正规半日潮。外海潮波由东向西传播，高潮时间东部早 于西部，潮差西部略大于东部；胶州湾的潮差由湾口向湾底逐渐增大。青岛港( 大 港验潮站) 潮汐特征值如下( 以理论最低潮面起算) 阳3 ： 表2 1 青岛港潮汐特征值 t a b 2 1e i g e n v a l u eo ft i d eo fq i n g d a op o r t 潮位特征历史最高潮位历史最低潮位平均高平均低平均平均海 ( 1 9 5 6 3 6 ) ( 1 9 8 0 1 0 1 6 ) 潮位潮位潮差平面 特征值( m )5 3 6 一o 7 03 8 0 1 0 2 2 7 82 4 2 潮流：青岛港水域水浅、海流弱，潮流显得特别重要，潮流运动形式为涨潮 流向港内，落潮流向港外。湾中部涨潮潮流为n 及n 1 y 向，落潮流向为s 及s e 流， 近岸潮流流速方向基本与海岸平行。除少数区域外，基本为往复流，薛家岛东南 海域具有旋转流形式，旋转方向多为左旋。最大流速出现在胶州湾口和黄岛东北 水域，最大实测涨潮流速达2 7 6 m s 和3 o m s ；湾内的前湾湾口和大港附近海域 流速较小，最大涨潮流速0 5 5 m s ，最大落潮流速0 5 3 m s 。胶州湾外海域的涨潮 流向偏东，落潮流向偏西，最大涨落潮流速发生在高低潮前l h ；一般涨潮流速大 于落潮流速，最大流速均小于湾内。 青岛近海的余流流速一般小于0 2 m s ，近岸水域潮致余流的比重相对较大， 且比较稳定。沿海海域存在多个余环流系统，团岛与黄岛之问有顺时针余环流、 黄岛以北有反时针余环流、团岛与薛家岛之间的湾口部有一个流势较弱但范围较 大的顺时针余环流。 海浪：海浪包括风浪和涌浪，青岛沿海濒临黄海，受外海波浪影响较大，沿岸 以风浪为主，风浪出现频率为9 7 9 6 ，涌浪出现频率为6 7 9 6 ，夏季可达8 8 。全年浪 向以偏南向为主，出现频率3 0 9 6 ：偏北向次之，为2 7 ；夏季多偏南向浪，冬季多 偏北向浪。青岛港水域实测的最大波高为1 l g m q j , 麦岛，1 9 8 5 年) ，胶州湾内的黄 岛最大波高仅为2 s m 。海域受外海涌浪的影响，年平均周期较小，为3 4 4 6 5 ， 第2 章青岛水域交通状况调查分析 最大周期1 4 7 5 ( 小麦岛) 。胶州湾内，由显浪咀测波资料分析：常浪向为n w 向，频 率1 0 4 3 ，次常浪向为n e 向，频率7 5 2 ，湾内波浪主要为湾内小风区波浪及外 海波浪经湾口的折射波、绕射，胶州湾内波浪以风浪为主。表2 2 列出了小麦岛 的风浪频率和涌浪频率。 表2 2 小麦岛各向风频率和涌浪频率( ) t a b 2 2e v e r yw h i t h e ro fw i n df r e q u e n c ya n ds w e l lo ff f e q u e n c yo fw h e a ti s l a n d ( ) 方向 nn n sn ee n eee s es es s ess s ws w w s ww w n wn w n n wc 风浪 11l177433 5 3 l02944 8 涌浪o11 02 81 052oo004 l 表2 3 小麦岛代表月及全年各向波浪频率( ) t a b 2 3r r e p r e s e n t a t i v em o n t ha n dt h ee v e r yw h i t h e ro fw a v ef r e q u e n c yt h r o u g h o u tt h ey e a ro f w h e a ti s l a n d ( ) 方向 nn n en ee n eee s es es s ess s ws ww s www n wn wn n w c 1 月 00l41 41 3461 27102 842 4 4 月 0o0l51 02 71 41 172o01 211 9 7 月 0041 25 01 442l 0o 1 1 1 0 月 o1ol 51 7 1 9571 2 40ll312 3 全年 oooo61 42 99573 002511 8 表2 4 为小麦岛各向平均波高和最大波高。表中平均为波高的平均值，最大 为波高的最大值。 表2 4 小麦岛各向平均波高和最人波高单位：m t a b 2 4t h ee v e r yw h i t h e ra v e r a g eo ft h ew a v eh e i g h ta n dm a x i m u mw a v eh e i g h to fw h e a ti s l a n d u n i t s ：m 方向 n n n en e e n e e e s es e s s ess s ws ww s www n wn wn n w 平均 0 o 50 5 1 1l0 8 0 80 70 。7o 80 。8o 60 50 5o 4o 4 最大 l 1 21 93 841 096342 91 81 2 1 4 1 5 1 6 冰情：9 5 、9 8 9 6 ，8 0 以上是波高o 5 米以下的较小波浪。青岛港受冰的影响较 小，一般情况下都可以航行。结冰期多在1 月中旬、2 月上旬，维持时间不长。海 8 一 青岛港水域通航安全及效率的研究 面结冰最甚历史上有3 次，1 9 1 7 年结冰面积达9 1 0 ，1 9 3 6 年大港令封，1 9 4 7 年 大港封冻厚l 米。 2 2 交通流量统计 2 21 青岛港港内交通流向情况 分析港内的变通流向情况，因为它的大小直接反映了泼水域变通的规模和繁 忙程度，并在一定最的程度上反映发水域削 朝交通的捌挤和危险程度。对水域墟 航安全与效率均有较大的影响”1 。 蚓2 2 进出青岛港船舶a i s 航迹幽 h g22 m a p o f s h i p s i n t o 卸d o m o f q m g d a op o x a i s t r a c k 从迹线分巾情况可以看出，进“ 港的船舶流向，总共分山向_ 二个港区的交通 流向，即逝往老港及叫方港区的人港肌道交通流，通往黄岛油港的黄岛北部作业 区航道交通流，通往i j i 往港的自往航道交通流。青岛港码头术束的建i 殳和规划发 展势必引起未束的交通流，这样就要充分考虑未来的需要新增航道。对于先有的 航道，因为未来船舶大型化的需要，就要适当地拓宽与浚深航道，这也是分析交 通流的原因”。 222 船舶密度分布 船舶密度足指某一瞬时单位而积水域内的船舶数“。它反映水域中船舶的密 第2 章青岛水域交通状况调查分析 集程度。船舶密度还在一定程度上反映水域中船舶交通的繁忙程度和危险程度。 船舶密度分布实质是指某一水域中船舶的空间分布。值得注意的是，某一水域内 的船舶交通可能既不会产生交通拥挤又不会产生多发事故；反之，某一水域的船 舶密度可能并不太大，但由于船舶密度分布不合理，就会出现该水域的某些部分 船舶密度过大，造成交通拥挤或事故多发。青岛水域自从2 0 0 6 年实现船舶定线制 后，人为的使船舶密度分布趋于合理。 通过青岛港口v t s 中心的连续观测4 8 小时的9 2 9 张雷达监控图像，分析回波 的动态流向，绘出青岛港内的船舶航迹线，如图2 2 所示。 青岛主i 水域曛航宜令及教率的研究 嘲23 青岛港内的航迹线分布刚 f i g22 d i s t r i b u t i o n m a p o f s a i l i n g t m c k s i n s i d e q i n g d a o p o r t 从航迹上我们还可以分析出，有一条交通流向是横越大港航道的，这是青岛 港内轮渡航线，山青岛港轮渡码头至黄岛港轮渡码头，航道交叉状况正是彩响大 港航道通航安全的凼素。 第2 章青岛水域交通状况调查分析 2 0 0 8 年3 月2 3 日至3 月2 9 日一周内第一分道通航盘上船舶分布情况 圈2 4 2 0 0 832 瑚0 0 832 9 一周内航道内船舶分布情况 f i g2 4 t h es h i pd i s t r i b u t i o n o nc h a l m e l w i t h i na w e e k o n2 0 0 832 32 0 0 832 9 图24 总计统计了6 5 0 艘船舶，有2 0 艘船舶在航道的另一侧行驶，占总数的 3 。从青岛水域船舶定线制实施后通航分道内的船舶密度分布状况来看西行经 过进入青岛港的船舶集中分布在水道北侧的通航分道内，东行驶出青岛港的船舶 集中分柿在水道南侧的通航分道内。基本没有进入青岛港的船舶分布在水道南侧 的通航分道内，也没有驶出青岛港的船舶分布在水道北侧的通航分道内。 2 23 船舶速度统计特征 所谓船舶速度不是指单艘船舶的航行速度或最大船速，而是指在某水域中活 动的或经过某一水域或水道的所有船舶的速度的分布范围和速度甲均值。该水域 内再个船舶航行速度的平均值即平均速度就是交通流速度。速度分斫j 范围宽窄不 同，追越会遇发生率就不一样。一般来说，船舶速度的标准差即均方差的大小大 致与同向航行船舶的追越会遇频率成正比。因此，通过分析船舶交通的速度分布 状况，可以了解水域船舶的追越会遇等情况。 本文利用2 0 0 7 年6 月2 5 同0 0 0 0 时至2 0 0 7 年6 月2 7 卜12 0 0 0 时拍摄的对青 岛港水域船舶定线制船舶交通曩；态的跟踪观测图像，2 0 0 7 年东行和西行的船舶速 度频率分布图如图2 4 、25 所示，从图中可咀看出，青岛港水域2 0 0 7 年船舶速 度几节到2 0 多肯不等，西行和东行的船舶速度均大都在l l 1 4 节，东行和西行船 舶的速度分抽状况基本一致。 青岛港水域通航安全及效率的研究 。j 。7 ”+ 。“一”一一弱 m 瞪一 羽。f 1 一。一。n 。f = ：l 。飘。【。l 。 白气鼻 子争 夺 皆 航速( 节) 图2 52 0 0 7 年西行船舶速度频率分布 f i g 2 5s p e e df r e q u e n c yd i s t r i b u t i o no ft h ew e s t i n gs h i po f2 0 0 7 2 5 2 0 孳1 5 u 惫1 0 i 5 0 56 丁891 0 儿1 21 31 41 51 61 71 81 92 02 l2 22 32 4 帆速( 节) 图2 62 0 0 7 年东行船舶速度频率分布 f i 9 2 6s p e e df r e q u e n c yd i s t r i b u t i o no ft h ee a s t i n gs h i po f2 0 0 7 表2 5 给出了进一步对青岛港水域的速度特征进行统计分析结果，表征2 0 0 7 年青岛港水域速度偏差的各个指标如表2 5 所示。从分析的结果来看，东行和西 行的船舶速度平均值均约为1 2 4 节，船舶间的速度偏差较小。 表2 52 0 0 7 年青岛港水域的船舶速度分布状况( 速度：节) t a b2 5t h es h i ps p e e dd i s t r i b u t i o no ft h ew a t e r so fq i n g d a oi n2 0 0 7 ( s p e e d ：b e l o w ) 速度 最小值最大值平均值标准偏差 方向 西行 4 7 62 3 6 61 2 4 22 2 4 东行 5 4 42 4 3 31 2 4 32 4 5 2 0 0 7 年青岛港水域船舶定线制实施后的船舶速度分布趋近合理，主要体现着 0 8 6 4 2 0 8 6 司2 0 2 1 1 1 l i 集v 皇采阻 第2 章青岛水域交通状况调奄分析 1 0 节以上的船舶的速度分布更加接近，船舶速度的标准偏差降低，追越会遇局面 减少，增加通航安全和效率。 2 3 港口水域交通安全分析 青岛港是一个船舶进出繁忙的港口，本文利用航迹流检测、安全指数数学模 式以及问卷调查等方法，来检验青岛港在安全性方面的效果。 2 3 1 航迹流检测 船舶在水上运动留下航迹，在某一特定时i b j 的某一特定水域，将所有船舶运 动的航迹，全部收集在同一张海图上或同一画面上，就能够清楚地显示出这个特 定的区域内，船舶航行的特征，这个特征图就是航迹分布图。航迹分布图多是利 用雷达扫描选定区域内，所有船舶的运动轨迹予以连续描绘记录，即可呈现海面 上船舶动态的航迹流分布图。 我们可以利用航迹流分布图，来将该特定水域内船舶航行运动的特性，予以 分析研究，了解该区域内船舶交通流的特性与规律，并利用所搜集的信息，从加 强航行安全的角度，来制定相关的航行规则或作为航道规划的参考数据n 。 参照图2 2 航道内航迹分布图，可以看出由于通航分道内各个船舶航向基本 一致，只存在追越局面，会遇形势相对简单。说明青岛水域船舶定线制对于加强 航行安全，改善通航秩序是相当有效的。 从青岛水域船舶定线制各个区域的船舶交通来看，船舶基本在各自的通航分 道中航行，和定线制实施前相比交通流更加规范有序，相同航向的交通流更集中。 2 3 2 安全指数法 安全指数法是船舶交通安全评价是指对船舶交通安全情况进行数量或价值上 的估计或评定。通常是建立在对历史的和现实情况调查的基础之上。对船舶交通 安全评价，在某种意义上讲，也就是对交通危险的评价口纠。 评价方法是采用一个港口或水域在规定期限内所发生的船舶交通事故数与船 舶活动量的比值，来表示该港口或水域在该时期的船舶交通安全状况。这是因为 船舶交通事故的发生率与船舶交通流量有着很明显的关系。 由于船舶包括各种不同的船型、种类、吨位，每艘船在水中活动所占据的领 青岛港水域通航安全及效率的研究 域随着本船吨位与长度以及操纵性能的差异而不同。因此，对不同等级的事故和 不同大小的船舶都必须在同一标准上进行换算后再进行比较，即：安全指数= 综合 换算事故数船长换算船舶活动量。 1 系数权重换算 可将综合换算事故数根据受损金额分为六个等级，具体划分方法和数据如下表 所示： 表2 6 事故分级及换算系数表 t a b 2 6t a b l eo ft h ea c c i d e n tc l a s s i f i c a t i o na n dc o n v e r s i o nf a c t o r 事故等级序号( j ) 1234 56 事故等级特大 重大 大型一般小型隐患 受损金额( 万美元)1 0 0 以上 5 0 1 0 01 0 5 01 1 00 5 、10 5 以下 换算系数( f j ) 1 06410 5o 1 资料来源：吴兆麟朱军，海上交通工程，大连海事大学出版社，2 6 1 页，2 0 0 4 年 船舶活动量包括进出港船舶通过防波堤口的船舶艘数以及港内船舶数。计算 时根据港内船舶活动量，针对船舶吨位与长度分别赋予一个换算系数，本研究以 5 0 0 2 9 9 9 吨位，长度为1 8 3 0 米的船舶为标准船，将不同吨位与长度的船舶分为 1 1 个等级并赋予不同的换算系数。如下表所示： 表2 7 船舶分级及换算系数表 t a b 2 7t a b l eo ft h es h i pc l a s s i f i c a t i o na n dt h ec o n v e r s i o nf a c t o r 船舶分 1234567891 01 l 级序号 总吨位 6 0 0 0 0 4 9 92 9 9 95 9 9 99 9 9 91 4 9 9 91 9 9 9 92 9 9 9 93 9 9 9 99 9 9 5 ) 船舶长 2 4 5 度( m ) 1 3 5 1 5 5 1 7 01 9 52 1 52 4 5 换算系 0 2 5o 51 01 1 8 1 4 1 1 7 2 o2 2 52 53 04 o 数( l i ) 资料来源：吴兆麟朱军，海上交通1 ：程，大连海事人学出版社，2 6 1 页，2 0 0 4 年 第2 章青岛水域交通状况调查分析 2 安全指数法数学模型 ( 1 ) 港口船舶交通安全指数( r 。) r 。= n q ，。 式中：n 一综合换算事故数 q 。一船舶吨位长度换算活动量。 ( 2 ) 综合换算事故数( n ) 6 n = f j n j j ；l ( 2 1 ) ( 2 2 ) 式中：j 为事故等级的序号，j = l ，2 ，6 ，分别对应于特大、重大、大、一般、 小型及隐患这6 级事故；f j 为第j 级事故的换算系数；n ，为第j 级事故数。 ( 3 ) 季度船舶换算活动量( q s l ) q s l = 荟嗉丢( 毛+ o i k + & ) f 2 3 式中：i 为船舶等级的序号，i = l ，2 ，l l ，分别对应于小于1 0 0 总吨( 2 4 6 m ) 等l l 级船舶； l i 为第i 级船舶的换算系数； t 为季度的天数； m 为季度的船舶交通实态调查天数； k 为季度船舶交通实态调查的天数序号，k = l ，2 ，m ，分别对应于实态调查的 第1 天、第2 天，第m 天； i 娩为船舶动态调查中第k 天第i 级的进港船舶艘数； 0 ；。为船舶动