水上交通復雜性測度研究.pdf

1、近年來，隨著經濟貿易的快速發(fā)展，我國水路貨運量和貨物周轉量持續(xù)穩(wěn)步增長，水上交通日趨繁榮。然而，水上交通流密集化、多樣化和船舶大型化、高速化的發(fā)展，使得水域通航環(huán)境日趨復雜，船舶安全航行的風險不斷增加，水上交通管理難度進一步增大。為了保障船舶通航安全，科學地認識水上交通流迫在眉睫。
　　水上交通流理論是認識水上交通、指導水上交通管理的基礎理論。復雜性研究是交通流領域近年來研究的熱點和趨勢，但目前在水上交通流領域，對交通流的復雜性和

2、非線性等特征的研究還相對較少。而在水上交通快速發(fā)展的背景下，交通流的非線性和不確定性日益明顯。因此，以復雜的視角重新認識水上交通流，深入研究水上交通流非線性和復雜性尤為必要。
　　論文以水上交通流系統(tǒng)為研究對象，分析了水上交通流系統(tǒng)的復雜性，論證了水上交通流系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，并給出了水上交通流的認知復雜度和本質復雜度的定義。結合水上交通流復雜度的定義，分析了水上交通流的認知復雜性和本質復雜性，從不同的視角分別建立了水上交通流宏觀

3、復雜度模型（認知復雜度模型）和水上交通流微觀復雜度模型（本質復雜度模型），通過模擬交通流驗證了復雜度模型的有效性。本論文的主要成果可以概括為：
　　一、論文通過分析水上交通流系統(tǒng)的復雜現象，從認知論和本質論兩個角度出發(fā)，分析了水上交通流系統(tǒng)的認知復雜性和本質復雜性，并論證了交通流系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，提出了水上交通流認知復雜度的定義和本質復雜度的定義。通過本質復雜度與碰撞危險度（SCR）概念的對比分析，得到：本質復雜度概念包含了碰撞

4、危險度的概念；通過與系統(tǒng)安全概念的對比分析，得到：無論是認知復雜度還是本質復雜度都是一種對水上交通流狀態(tài)描述的指標，其目的是保障水上交通流系統(tǒng)的安全。
　　二、水上交通流宏觀復雜度模型
　　論文以水上宏觀交通流為研究對象，根據水上交通流認知復雜度的定義，構建了交通管理者視角下的水上交通流宏觀復雜度模型。提出了水上交通流宏觀復雜度計算的六個步驟：
　?。?）運用聚類分析法，將運動特征相似、相對位置較近的若干船舶視為一個交

5、通簇；（2）根據交通流的歷史數據，建立交通流歷史速度場；（3）計算交通簇內，交通簇的聚集復雜度；（4）計算由于交通簇速度異常，引起的速度特征復雜度；（5）計算由于交通簇位置偏離航道，引起的密度特征復雜度；（6）以復雜度地圖的形式展示水上交通流復雜度的空間分布。
　　通過模擬交通流的驗證表明，水上交通流宏觀復雜度模型能夠反映出區(qū)域交通流的認知難度的不同，并能用于識別區(qū)域交通流中的異常行為。
　　三、水上交通流微觀復雜度模型

6、r>　　論文以船舶的避碰行為為研究對象，根據水上交通流本質復雜度的定義，建立了在本船視角下的微觀復雜度模型，用于衡量在避碰的不同階段，船舶之間相互影響的程度。
　?。?）沖突復雜度模型，是在沖突階段（相對距離大于1海里）衡量船舶之間相互影響的模型；它以相對距離、最小會遇距離（DCPA）和最小會遇時間（TCPA）為主要指標。通過多組實驗表明，沖突復雜度模型不僅能夠更好地為本船描述周圍的交通態(tài)勢，還能用于為尋找本船的避碰路徑。