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基于AIS数据的德克萨斯州东南航道的航道交通分析

Xingwu(a),Aesha L Mehta(a),Victor A.Zaloom(b),Brian N.Craig(b)

摘要

这篇论文利用自动身份识别系统（AIS）数据研究Sabine Neches航道（SNWW）的航道交通。作为美国的能源通道，SNWW是德克萨斯州东南方向最重要的航道。这篇论文的目的有两层：一个是调查SNWW在宏观层面的水路运输的特点（利用整合的AIS数据）；而更重要的是，这篇论文目的在于调查船舶碰撞的频率，这反映在SNWW中船舶出事故的风险程度。认识到这两个目的，AIS数据首先应该被清理掉以适应我们的研究需求，并且一个可实现的基于AIS的方法被提出来以评估在SNWW航道中不同类型的船舶事故的频率。这篇论文确定了一系列在SNWW的危险的地方，它们经历了高频率的船舶冲突，尤其在大型船舶和那些运载着危险原材料的船。这篇论文也调查每一天热点事件对船舶冲突频率的影响。这篇论文的发现能帮主研究者和航道管理者更好的理解在SNWW的航行风险。

1.介绍

德克萨斯东南因它的密集的石化设施和联络墨西哥湾和几个港口的繁忙的内水交通而闻名（见图1.a）。在这几个港口之间，Beaumont港是美国最繁忙的港口之一。它也是在美国国内最繁忙的军事港口和美国在世界上第二繁忙的军事港口。

德克萨斯东南的主要水路被称为Sabine-Neches Waterway（SNWW），它连接着Beaumont港和Arthura港和Orange港以及墨西哥湾。SNWW为四条炼油厂和沿着水路的许多化工厂提供服务。从2002年到2006年，通过这条航道进口的原油包括美国的12%和西海岸沿岸进口的18%，如（1.b）图所示，SNWW的主要路线是从博蒙特港通过涅希河和喷射入口通道进入海湾。隧道深度为40英尺（12米），Neches河段为400英尺（122米），深度为42英尺（13米），宽500至800平方米（152-244米） 具有通过油轮和其他大型船舶的能力。第二条路线通过萨宾河到达东北部的奥兰治港，深达30英尺（9米）深，宽200英尺（61米）。在西南部，海峡通过海湾内陆航道延伸至加尔维斯敦。SNWW中有两个交点，如图（1.b）所示。在文献中，研究SNWW的水路运输研究较少，特别是安全导航问题。

狭窄水道的安全航行是海事当局和研究人员最关心的问题之一。狭窄水道的船舶事故包括：碰撞，分裂，基础，火灾和爆炸等。注意，分界与碰撞相似，前者表明船只撞到固定物体，后者是指两艘彼此相通的船只 。 在本文中，术语包括在碰撞研究中。

根据历史数据，平均每月有2-3艘船只碰撞/一次搁浅。SNWW的碰撞比地面更危险，因为SNWW的地面主要是软的。 本文重点研究船舶碰撞的风险。船舶事故的发生取决于各种因素。 一般来说，这些因素可以分为五类：几何因素，交通因素，天气因素，船舶设计参数和设备故障以及人为因素。最近，Ozbas和Goerlandt和Montewka回顾了海上运输领域的风险定义，并揭示了风险与应用领域的概率密切相关。

图1.a 图1.b

确定碰撞概率的模型最初由Fujii和Tanaka和Macduff提出。 碰撞次数N，由可能的几何碰撞或基数NG乘以因果因子Pc）确定：N = Pc *NG另一方面，Macduff（1974）利用条件概率和贝叶斯定理来描述合并或理由的概率：P = sum; P ( A Si ) P ( Si )。其中P（A|Si）是在事故情景下发生事故的条件概率; 并且P（Si）是遇到事故情况的船舶的先前概率。

在一种情况下，Merrick和van Dorp提出考虑触发导致事故发生的事件。 不过事件的发生并不必然导致事故。Trucco etal将“基本事件”定义为事故的触发事件，并将“顶级事件”定义为事故。场景的概率通常通过模拟来估计（例如，参见Van Dorp等人，2001; Merrick等人，2003,2005; Merrick和van Dorp，2006）。困难在于如何有效地评估因果关系概率，即事故（例如碰撞或接地）是由某一特定事件触发的概率，以及在某种情况下发生事件的概率。一个简单的方法是使用历史数据来校准这种概率（参见例如Li等人，2012; Montewka等人，2012）。 在文献中，故障树分析（FTA）（参