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摘 要

随着船舶大型化、高速化的快速发展以及船舶数量的逐年递增，船舶碰撞事故的风险也逐渐增加。船舶碰撞事故将会导致船舶及其设备的损害、船上货物的损失、人员伤亡、环境污染等灾难性后果，给人类的生命、财产以及生态环境带来超出想象的损失。为了减少此类事故的发生，在本文中，作者旨在研究碰撞事故与区域船舶交通流之间可能存在的相关性。基于历史AIS数据，构造区域船舶交通流的时空轨迹以量化其交通流特征，包括交通流量，交通流密度和交通流速度。此外，基于数理统计分析方法，计算了区域船舶航迹分布的特征指标。然后，使用典型的统计指标研究碰撞事故与区域船舶交通流特征之间可能的相关性，得到船舶碰撞事故与区域交通流特征具有相关性。

关键词：AIS；船舶碰撞；相关性分析；区域船舶交通流特征。

Correlation analysis between ship grounding accident and regional ship traffic characteristics

Abstract

With the rapid development of large-scale and high-speed ships and the increasing number of ships year by year, the risk of ship collision accidents has also gradually increased. A ship collision accident will cause catastrophic consequences such as damage to the ship and its equipment, loss of cargo on board, casualties, and environmental pollution, and will cause unimaginable losses to human life, property, and the ecological environment. In order to reduce the occurrence of such accidents, in this article, the author aims to study the possible correlation between collision accidents and regional ship traffic flow. Based on historical AIS data, construct the spatial and temporal trajectory of regional ship traffic flow to quantify its traffic flow characteristics, including traffic flow, traffic flow density and traffic flow speed. In addition, based on the mathematical statistical analysis method, the characteristic indexes of regional ship track distribution are calculated. Then, we use typical statistical indicators to study the possible correlation between collision accidents and regional ship traffic flow characteristics, and get the correlation between ship collision accidents and regional traffic flow characteristics.

KEY WORDS: AIS; Ship stranding; Correlation analysis; Regional ship traffic characteristics.

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及目的意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 碰撞事故的研究 2

1.2.2 船舶交通流与碰撞事故的研究 3

1.3 本文研究内容 3

第二章 问题的提出及描述和相关理论知识 4

2.1 问题的提出及描述 4

2.2 船舶碰撞 4

2.3 相关系数 6

第三章 船舶碰撞事故数据和交通流数据 6

3.1 船舶碰撞事故数据 6

3.2 船舶交通流数据 7

3.2.1 AIS数据 7

3.2.2 AIS数据处理 8

第四章 构建船舶交通流数据特征度量模型 9

4.1 基于网格化的船舶交通流数据特征度量模型 9

4.1.1 船舶交通量 11

4.1.2 船舶交通速度 12

4.1.3 船舶交通密度 13

4.1.4 船舶交通航迹分布 14

第五章 相关性分析及结果分析 16

5.1 基于Pearson和Spearman 等级的相关性分析 16

5.2 结果分析 16

第六章 总结和展望 17

7.1 研究总结 17

7.2 主要创新点 18

7.3 研究展望 19

参考文献 20

附录 22

附录A matlab编程代码 22

附录A1 处理AIS代码 22

附录A2 数据筛选和预处理 23

附录A3 构建船舶轨迹 24

附录A4 数据度量 25

附录A5 相关性分析 26

致 谢 28

第一章 绪论

研究背景及目的意义

海上运输在全球贸易上发挥越来越重要的作用，近年来航海科技以及海上船舶大型化和高速化的快速发展趋势，再加上我国对外贸易的不断增加，使我国渤海、东海、黄海和南海等海域通航环境越来越复杂，从而使海上交通安全事故的发生风险也在不断地增加。当前，根据安联全球企业及特殊风险公司通过分析全球航运权威数据库发布的2016年《航运安全回顾》报告^[1]: 在2015年一年内全球总共发生2687起船舶海上交通安全事故，其中搁浅事故和碰撞事故分别发生359起和348起，约占所有海上交通事故的26%；而在2006-2015年期间，据统计全球共发生海难事故25434起，其中碰撞事故分别发生3961起和3930起，总共大约占31%；这些数据表明,在海上交通安全事故中，船舶碰撞事故以及搁浅事故占据重大比例。近年来随着船舶载运量和船舶载客量的不断增加，此类事故将会导致船舶及设备的损害、人员伤亡、船舶运输货物损失和对海洋环境污染，先比以往碰撞事故更加严重。例如中国“东方之星”号由于突遇极端天气再加上船长不当操作导致乘客四百多人死亡。如果在航道较为狭窄水域，可能会导致船舶堵塞现象，极大地影响船舶交通运输。由此可见，研究船舶碰撞事故，进而提出相关安全保障措施，对于水上交通的畅通，保障社会经济持续发展有着重要现实意义。

本文研究内容主要基于AIS数据利用网格化的技术研究船舶交通流行为特征与历史船舶碰撞之间的相关性，预测船舶交通流对历史碰撞事故的影响。主要目的和意义如下：1）提高船舶交通效率。研究并掌握某一区域船舶交通流特征，设置相应的航标等警告，规划船舶交通流，对提高船舶航行效率有很大的帮助；2）丰富船舶交通流理论研究，是保障船舶航行安全和提高船舶航行效率的重要基础；3）可以帮助海上交通管理机构掌握某一水域的船舶交通流状况，从而制定有效地安全保障措施，以保障船舶交通安全。

国内外研究现状

根据《海上交通安全法等相关法律法规的要求，对于在毗连区、专属经济区内或公海上发生可能影响到我国的事故，我国具有管辖权和调查权^[2]。海难事故统计分析方法分为两种：一种是通过海事事故调查报告对典型事故进行微观分析，得到事故的原因，从而提出相应的改善措施，例如海事组织过根据泰坦尼克号事故，制定了《海上人命安全公约》，来保障船舶航行安全；另一种是通过对特定时间的特定水域的发生的所有或主要交通事故进行分析与评定，确定水域发生事故的危险度。

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