基于地理信息系统的水上交通风险评价及预测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于地理信息系统的水上交通风险评价及预测方法，所采用的方法是：以某一水域通航风险的现状和未来为研究对象，根据该水域历史的和当前的交通状况，分析水域的通航环境的特征，结合该水域水上交通事故的特点，建立碰撞、搁浅事故风险评价和预测模型，评价水域通航条件的变化对水域通航环境产生的影响以及相应的通航风险，直观地体现出水域风险的地理分布，并对未来的水上交通风险进行动态预测。本发明专利技术在一定程度上避免了那些仅用定性方法评价的粗浅化，具有网格化、动态化的特点，本发明专利技术的应用不仅可以直观地反映水上交通风险的地理分布，而且可以预测未来的通航环境风险情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交通信息工程及控制
，具体地讲是一种基于地 理信息系统的水上交通风险评价及预测方法。
技术介绍
随着船舶大型化的发展以及由此导致的操纵性变差，不断增长的船 舶交通量，危险货物的运输以及对海洋环境的潜在威胁，船舶交通的管 理已经成为世界上各港口水域广泛采用来降低水上交通风险的有效措施 之一。在海运界处理风险的传统方法是被动性的应对在事故发生或问题 出现后才采取措施。对于决策者来说很重要的一点就是认识到资源的 有限因而要对问题的相关风险进行仔细分析而不是贸然地采取某一措施，否则往往是以很高的成本换来较低的效果。为了最大限度地降低水 上交通风险，决策者应该采取主动应对(proactive)的方法一风险决 策。美国海岸警备队(USCG)对"风险决策"的定义为把一个或者更 多消极后果的信息进行有机地组织并产生一个概括性的有序体系帮助决 策者制定更为合理的管理措施。风险决策有别于传统决策的一个显著特 点就是考虑了 一个或者多个消极后果的可能性。由于提高海上航行安全、交通效率和保护海洋环境的资源有限，风 险决策对于海运政策、法规制定的必要性是显而易见的。如果这些有限 的资源不能被合理分配，比如以高成本解决低风险的问题，则高风险的 问题就会缺乏资源来应对。风险决策的应用将会解决这个问题，它通过科学的风险分析，形成一 系列体系化和逻辑性的风险信息供决策者参考， 同时也为有效合理分配有限资源来降低海上风险、最大限度地保护海洋 环境以及提高交通效率提供了强有力的决策工具。水上通航环境是一个由多种因素相互作用而形成的系统。系统安全 工程是最近50年迅速发展起来的新兴学科，它是一门系统化的学科，是 一跨知识门类、跨学科的综合工程学。它在船舶运输安全研究方面方兴未艾。安全系统工程研究安全问题的方法主要是应用科学知识、系统 工程的理论和方法去鉴别、预测、消除或控制系统中所存在的不安全因 素和可能发生的事故的各种现象，从而使系统在一定的损失、效率等因 素的约束下所发生的事故减少到最低限度，即达到该条件下的最佳安全 伏态。风险评价是对系统的风险状况进行定量或定性的估计和评定。其 根本目的是判别系统是否达到规定的安全目标或是否符合安全要求，并 根据评价结果，对系统进行调整采取某些完善、加强安全措施。目前，在水上交通安全评价领域日本占主导地位。如小林弘明提出 了以操船困难为指标的航行环境风险评价方法，将船舶操船特性随船型、 船长、水深和风的条件变化对操船能力的影响来定量评价整个海域的操 船困难度；新井康夫对操船能力的自然环境要素提出了量化的影响，并 验证了这些指标与操船者的主观操船感觉的关系，为客观判断各要素对 航行安金的影响，并采取对策改善航行环境提供了依据；井上欣三从两 个方面定量处理了某水域潜在的危险度， 一是船舶航行于该水域期间与 它船会遇的机会有多少，二是每次会遇给操船者增加了多少负担，并以 此作为定量表示该航行环境下的船舶航行潜在危险水平的指标等。国内的水上通航环境安全评价从对数学方法的选用角度，目前大致可以分为两类 一 类是使用概率论和数理统计等数学方法建立精确的数学模型，目前内河水域的通航安全评价工作基本上采用这种方法；另一 类方法是在系统信息不完备的情况下，很难建立精确的数学模型时，采 用模糊数学或灰色系统理论的方法对系统进行分析与评价。如我国学者 吴兆麟教授就利用模糊数学理论对厦门港港口水域的航行危险度的评估 进行了探讨研究。但以上评价方法都是从整体出发，不能具体到某一特 定区域，也不能对该水域进行动态预测。下面就分别对上述方法进行概 括性分析。(l)安全指标评价法一般统计分析即统计出各种原因导致的水上交通事故件数或加权事 故换算件数(如按事故的等级赋予权系数)，求取各种原因导致的事故占 事故总件数的百分比。数理统计分析即对各种原因导致的事故进行回归 分析、主成份分析和相关分析等。目前关于我国内河通航水域的危险水 平问题，许多学者和海事管理部门都以该水域中实际发生的事故的件数 为基础来进行推算。使用数理统计的方法对系统进行分析评价时，要求 有一定的样本量，随着样本统计量的增加且达到一定数量时，频率分布 才呈现稳定性，其模型和评价结果才较可靠。上述方法虽然在水上交通 事故定量分析工作中发挥了重要作用，但也存在一定的局限性首先， 统计各种原因导致事故的件数只能表示数值的绝对多少，没有很好地反 映出各类原因与事故发生的联系程度；其次，数理统计分析方法要求的 样本量大，而且要求有较好的样本分布，在实际工作中已积累的事故数 据要满足上述要求难度较大。另外，对于预测将来通航环境变化所伴生 的危险水平的变化，采用这种方法也难以达到目的。(2)灰色系统理论1982年我国学者邓聚龙教授发表的第一篇灰色系统论文《灰色系统 的控制问题》以来，灰色系统理论受到国内外学术界和广大实际工作者 的极大关注。在控制理论中，将信息完全明确的系统称为白色系统，信 息未知的系统称为黑色系统，部分信息明确，部分信息不明确的系统称 为灰色系统。"信息不完全"是"灰"的基本含义，从不同的场合，不同 的角度看，还可以将"灰"的含义加以引申，灰色系统理论提出了一种 新的系统分析方法，即关联分析方法。它是根据因素之间发展态势的相 似或相异程度，来衡量因素间关联程度的方法。由于关联分析是按发展 趋势作分析，因此对样本量的多少没有过分要求，也不需要典型的分布 规律，计算量小，即使是十个变量(序列)的情况也可以手工计算；而且 不致出现关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。灰色系统理论一 般所解决的是对系统信息认识不完全的系统，它能够通过对系统认识较 少的信息对系统进行较深入的分析和研究。由于通航环境系统是由多因 素构成的较复杂的系统，目前对系统各要素间的相互关系作用还不十分 清楚，另外加上水上交通事故的小概率性以及数据难以收集等原因，导 致它们既没有简单的物理原型和数学原型，其内部机制关系也是模糊不 确定的。它们在互相关系作用、程度和数据收集等方面均符合灰色系统 的概念。因此灰色系统理论在通航环境的危险度分析方面为许多学者所 采用。但灰色系统理论还不是成熟理论系统，还存在许多不完善的地方。 例如，对实际问题应用灰色理论，釆用不同的无量纲化方法，结论不同， 这就很难令人信服用关联度分析得出的结论。另外，关联度只能体现数 据列的正相关关系，不能体现负相关关系，所以不能用关联度代替相关系数，也不能用关联分析方法代替统计中的因素分析法。对某些实际问 题，还必须采用回归分析、主成分分析、正交设计等各种统计分析方法。(3)模糊数学模糊数学是1965年由美国加尼福利亚大学控制专家L口A.扎德首先 提出的。四十年来这一学科获得了迅速的发展。我国引进和研究这门学 科仅二十几年时间，但因为模糊数学具有较强的生命力和渗透力，所以发展十分迅速。模糊数学是用数学方法研究和处理具有"模糊性"现象 的数学。模糊数学评价的基本方法是从所评判的事物中选出几个所要考 虑的因素，综合考虑该事物关于各个因素的影响建立起评价指标体系， 根据实际评价的需要确定各指标因素的评价标准，确定各指标因素的隶 属函数并进行单因素评价。然后按照各个因素的不同权重，应用模糊变 换原理、模糊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地理信息系统的水上交通风险评价及预测方法，所采用的方法是：以某一水域通航风险的现状和未来为研究对象，根据该水域历史的和当前的交通状况，分析水域的通航环境的特征，结合该水域水上交通事故的特点，建立船舶碰撞、船舶搁浅事故风险评价和预测模型，评价水域通航条件的变化对水域通航环境产生的影响以及相应的通航风险，直观地体现出水域风险的地理分布，并对未来的水上交通风险进行动态预测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬贤，范耀天，李伟，王初生，张笛，韩晓宝，
申请(专利权)人：武汉理工大学，天津港集团有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]