使用水流动力模型计算船舶适航区域的方法技术

一种使用水流动力模型计算船舶适航区域的方法，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。本发明专利技术通过确定适航区域，可以掌控当前水流条件下适合该船航行的区域，帮助船舶确定是否航行在适航区域内，从而降低船舶事故发生的几率。

Method for calculating ship seaworthiness area using hydrodynamic model

A method includes calculation of seaworthiness area using flow dynamic model: step 100, input parameters of ship, ship parameters including the length and width of ship, ship and draught; step 200, (1) acquisition of ship data, including: altitude, speed and heading angle; (2) the navigation channel data, including: channel terrain data and terrain data; and (3) water data, including water depth, velocity and direction; step 300, calculate the minimum navigation parameters including the minimum threshold, channel depth, minimum channel width and minimum curvature radius, channel height minimum value and the minimum span value; step 400, determine the navigable areas, regional marker channel greater than or equal to the minimum threshold for the seaworthiness of the ship navigation parameter region. The invention can control the area suitable for the navigation of the ship under the current water flow condition, and help the ship to determine whether or not to sail in the navigable area, thereby reducing the probability of the occurrence of a ship accident.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种确定船舶适航区域的方法，尤其是基于实时数据确定船舶适航区域的方法。
技术介绍
航运作为国家战略性基础产业，是综合运输体系的重要组成部分，也是实现经济社会可持续发展的重要战略资源。而航道数字化是航运信息化的重要组成部分与发展趋势，对内河航运的安全与高效管理有着举足轻重的作用。天然河道是指能进行水上运输的天然河流，而内河水道是指天然河道、运河、湖泊、水库等的统称。在水道中，具有一定的深度、宽度、净空尺度、弯曲半径，并且可以给船舶提供一个安全航行环境的水域称之为航道。标准不同，航道的分类也不一样，根据航道的管理属性可划分为国家航道、地方航道与专用航道；根据航道形成原因可划分为天然航道、人工航道与渠化航道；根据航道所处地域可划分为内河航道与沿海航道；根据所处航段特点可划分为桥区航道、港区航道、坝区航道等。航道的通航能力研究与航道的安全、畅通以及航运管理部门的建设、维护、发展航道的规划息息相关，但航道通航能力至今没有统一的定义，普遍认可的主要有两种，一种是从宏观层面考虑，将航道通航能力定义为一年中在航道控制河段上按航道枯水期的航道条件双向通过的货物或船舶的最大数量，通常以年通过航道的船舶数量为计算单位，另一种是从微观层面考虑，即指在特定航道通航环境下，船舶(队)所能通过的最小航道尺度，以该航道尺度作为安全航行的阈值，保证船舶(队)能在安全适航区域正确的行驶。相比研究较为透彻的宏观航道通航能力，从微观层面考虑航道的通航能力，确定船舶适航区域，则显得更为迫切与细致，也是航道相关部门、航运公司与船主更为关心的问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种确定船舶适航区域的方法，尤其是以下技术方案所确定的基于实时数据确定船舶适航区域的方法。1、一种确定航道中船舶适航区域的方法，步骤100，输入船舶参数，船舶参数主要包括船长、船宽、船高与吃水；输入船舶参数可以有两种方式；一种是从数据库中选择已备案的船舶，可以从数据库中选择一条需要船舶，选择好后该船舶的参数信息(船长、船高、船宽与吃水)自动录入系统船舶参数栏中；另一种是针对数据库中缺乏的船舶信息，手动进行船舶参数输入，输入的信息主要包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取(1)船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；(2)航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和(3)水流数据，包括：航道内如水深、流速、流向等水流数据；船舶数据可以通过船载GPS接收机获取实时定位信息(经纬度，航速，航向角)；航道数据，包括：航道地形数据和地物数据，地物包括航道内地物和航道外地物，航道内地物包括助航设施(浮标、岸标、灯船、灯塔等)和跨航道建筑(桥梁、索道等)，航道外地物包括沿航道建筑、房屋、公园、花草等地面实物；可以通过获取的船舶定位信息从预存与服务器中的航道数据库中调取船舶所在地的航道数据；水流数据可以基于二维水动力学模型对航道通航水流条件进行模拟而获得，或者通过公共网络发布的水情信息获得；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；基于上述船舶参数、水流数据和船舶数据，可以计算出对航道航行有较大影响的参数阈值(包括水深值、航宽值、净高净跨值、航道曲率半径)；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。2、根据技术方案1的确定航道中船舶适航区域的方法，其中步骤300的最小航道水深由下式计算得到：H＝t+ΔH式中：H表示航道水深(m)；t为船舶吃水(m)；△H表示航道富裕水深(m)。其中，航道富裕水深是指船舶龙骨板外缘最低点至相应河床底部之间的垂直距离，其作用就是让船底与河底保持一定的安全距离，避免船舶出现触底等事故。富裕水深值的计算需要考虑的因素有很多，如:(1)船舶在航行时，由于自身载重与压力差，船舶将会产生一定量的下沉，这个下沉的水深通常占整个富裕水深值的三分之二以上，比较通用的有Huuska公式、Eryuzlu公式与Ankudinov公式，不同的公式有不同的使用范围，应根据船型特点、航道特点以及通航密度等因素进行选择，结合上述公式的计算方法，经过实践经验修正，论文以下述船舶在宽敞浅水域中的下沉量((ΔS))估算公式为例进行分析：式中：ΔS表示船舶下沉量，即船舶动吃水量(m)；Bs为船舶自身宽度；L为船舶自身长度；Cb为船舶方形系数(与船速有关)；Us为船速(船舶上行时取Us=Vs-Uc，下行时取Us=Vs+Uc)。(2)船舶在航行时需要考虑推进器的安全而预留一部分水深值，一来可以使船舶的操纵更加灵活，二来可以保证推进器的安全避免触底损坏；通常，对船舶航行时推进器的安全有影响的水深吃水比为H/t≤2.5，对船舶航行时推进器的安全有十分明显影响的水深吃水比为H/t≤1.5[59]。根据经验，在考虑船体固定下沉量之后，保持0.5～1.0m的船底预留水深即可保证船舶推进器的安全运行。(3)由于波浪等自然气象原因的影响，通常也需要预留一定的水深。3、根据技术方案1的确定航道中船舶适航区域的方法，其中步骤300的最小航道宽度由下式计算得到：在顺直航段中，单线的最小航道宽度为：B＝Bf+2D+ΔB1，双线的最小航道宽度为：B＝Bf1+D1+ΔB11+Bf2+D2+ΔB12在弯曲航段中，单线的最小航道宽度为：B＝Bf+2D+ΔB1+ΔB2双线的最小航道宽度为：B＝Bf1+D1+ΔB11+ΔB21+Bf2+D2+ΔB12+ΔB22其中，1)船舶航迹带的宽度Bf与船舶自身宽度、长度以及航行时的偏航角有关，可以根据下式计算：Bf＝Bs+Lsin∝式中：∝为船舶在航行时的偏航角，三级航道通常偏航角取3°；2)航道预留富裕宽度D是指在保证船舶可以安全航行的前提下，不产生岸吸、互吸的现象所需要的最小富裕宽度，所谓岸吸即船舶与河岸之间的水流有推动船首离岸与吸引船尾靠岸的趋势现象，而互吸即两船交汇时由于船舶两侧存在着流速与水位差，从而形成压力差而产生的互吸现象，影响航道安全富裕宽度D的因素有很多，比如船型、航行方式、水流流速、流态等，通常可按下述方式计算：船舶与河岸间的的安全富裕宽度(Da)：Da＝(0.3-0.4)Bf船间安全富裕宽度(Db)：Db＝0.5Bf航道预留富裕宽度(D)：D＝Da+Db3)水流致船舶偏移量ΔB1的值可以通过下式进行计算：ΔB1＝S(Ucsinβ+Ussinα)/Uccosβ+Uscosβ式中：S为船舶沿航道中心线航行的距离(船舶上行取S＝2.5L，下行取S＝3.0L)；β为流向角，三级航道通常流向角不超过5°；Uc为水流流速；Vs为航速；4)弯曲航段加宽增量ΔB2，当R>6L时，ΔB2可以忽略不计；当3L<R<6L时，可根据水流条件等具体情况分析是否需要加宽；当R<3L时，航宽增量可按下式计算：ΔB2＝L2/2R+B式中：ΔB2为弯曲航段加宽增量；R为弯曲航段航道曲率半径；B为直线段航道标准航宽。4、根据技术方案1的确定航道中船舶适航区域的方法，其中步骤300的最小航道曲率半径R由下式计算得到：R＝KL(1+sinβ)(aUc/Vs)(Bs/B)(1/S)式中：K为有效系数，内河航道通常取0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定航道中船舶适航区域的方法，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。

【技术特征摘要】
1.一种确定航道中船舶适航区域的方法，包括：步骤100，输入船舶参数，船舶参数包括船长、船宽、船高与吃水；步骤200，获取（1）船舶数据，包括：经纬度、航速、航向角；（2）航道数据，包括：航道地形数据和地物数据；和（3）水流数据，包括：水深、流速、流向；步骤300，计算最小通航参数阈值，包括最小航道水深、最小航道宽度、最小航道曲率半径、最小净高值和最小净跨值；步骤400，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域。2.根据权利要求1的确定航道中船舶适航区域的方法，其中步骤300的最小航道水深由下式计算得到：式中：H表示航道水深（m）；t为船舶吃水（m）；△H表示航道富裕水深（m）。3.根据权利要求1的确定航道中船舶适航区域的方法，其中步骤300的最小航道宽度由下式计算得到：在顺直航段中，单线的最小航道宽度为：，双线的最小航道宽度为：在弯曲航段中，单线的最小航道宽度为：双线的最小航道宽度为：其中，1）船舶航迹带的宽度可以根据下式计算：式中：为船舶在航行时的偏航角，三级航道通常偏航角取3°；2）航道预留富裕宽度D可按下述方式计算：船舶与河岸间的的安全富裕宽度（）：船间安全富裕宽度（）：航道预留富裕宽度（）：3）水流致船舶偏移量的值可以通过下式进行计算：式中：为船舶沿航道中心线航行的距离（船舶上行取S=2.5L，下行取S=3.0L）；为流向角，三级航道通常流向角不超过5°；为水流流速；为航速；4）弯曲航段加宽增量，当R>6L时，可以忽略不计；当3L<R<6L时，可根据水流条件等具体情况分析是否需要加宽；当R&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：张尚弘，吴昱，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11