摘 要

内河航运是我国交通运输体系中非常重要的一个部分。伴随着经济的快速发展，人们对物质的需求不断增加，物质流通加快，内河船舶的数量随之快速增加。但是内河中复杂多变的航行环境并未改变，导致碰撞事故发生的风险大大提高，研究内河船舶航行避碰决策问题具有重要意义。

本文首先概述了船舶避碰研究的背景、目的、意义及国内外研究现状，分析了内河船舶避碰决策研究的背景和研究趋势，然后完成了仿真的基本介绍，确定了以ARENA软件作为仿真的工具，并且分析了ARENA软件的特点和功能。其次是对假设的仿真区域、仿真环境的描述和条件的假定，明确目标后，对模型进行了设计与解释，然后是对建立的模型的阐述，包括模型的结构描述和参数设定。最后是对生成报告的分析和存在问题的优化建议。

关键词：内河；避碰；ARENA；仿真；决策

Abstract

Inland waterway shipping is a very important part of our transportation system. Along with the rapid development of the economy, people's demand for the material increased, the material circulation quickened, the number of vessels of inland river increased rapidly. But complex environment in the inland river navigation did not change, lead to the risk of collision accidents greatly increased, the inland river navigation of ships collision avoidance decision-making problem is of great significance.

First，this paper summarizes the ship collision avoidance research background, purpose, significance and research status at home and abroad, analyzes the inland river ships collision avoidance decision-making research background and the research trend, and then finished the simulation of the basic introduction, determines the ARENA software as a simulation tool, and analyzes the features and functions of the ARENA software. Followed by descriptions of assumes that the area of the simulation, the simulation environment and condition of assumption, clear objectives, for the design and interpretation of the model, and then is to establish the model of this paper, including structure description and parameter setting of the model. Finally, the analysis of the generated reports and the optimization recommendations for existing problems.

Key Words：Inland river；Collision avoidance；ARENA；Simulation；Decision making

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.3.1国外研究现状 2

1.3.2国内研究现状 2

1.4 本文的主要内容及技术路线 3

1.4.1 基本内容 3

1.4.2 研究方法和技术路线 4

第2章 内河船舶避碰决策研究概述 6

2.1 研究背景 6

2.2 研究趋势 6

2.3 本章小结 7

第3章 内河船舶避碰决策仿真建模 8

3.1 Arena软件及仿真方法概述 8

3.1.1 仿真概述 8

3.1.2 Arena概述 9

3.2 内河船舶避碰Arena建模 10

3.2.1 问题描述与条件假定 10

3.2.2 模型设计 11

3.2.3 Arena建模 13

3.2.4 避碰策略 18

3.2.5 参数设定 25

3.3 本章小结 27

第4章 内河船舶避碰决策仿真模型运行与分析 28

4.1 运行模型及运行现象 28

4.2 Arena模型运行结果分析 29

4.3 存在的问题 39

4.4 本章小结 40

第5章 总结与展望 41

5.1全文总结 41

5.2研究展望 41

参考文献 42

致 谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景

水路运输具有占地少、基础设施投资低，以及运量大、成本低、污染轻等特点，在国际贸易和国内综合运输系统中发挥着重要的作用^[1]。根据2015年度交通运输行业相关发展统计公报显示，全国范围内完成的水路客运量达2.71亿人次、旅客周转量达73.08亿人公里，分别较上年增加3.0%和降低1.7%，平均运距达27.00公里。全国完成水路货运量达61.36亿吨、货物周转量达91772.45亿吨公里，分别较上年增加2.6%和降低1.1%，平均运距达1495.72公里。 在全国水路货运中，内河运输完成货运量达34.59亿吨、货物周转量达13312.41亿吨公里；沿海运输完成的货运量达19.30亿吨、货物周转量达24223.94亿吨公里；远洋运输完成的货运量达7.47亿吨、货物周转量达54236.09亿吨公里。

有关船舶避碰方面的研究已经有很长的历史，但是现在仍有船舶和生命由于船舶碰撞而损毁丧失^[2]。根据2015年度交通运输行业相关的发展统计公报显示，2015年全国发生的水上交通事故数为212.5件，死亡失踪数为222人，沉船数为96艘，直接经济损失达到3.49亿元。关于海上的安全情况，中国海上搜救中心发布了2016年全年全国海上搜救情况的数据统计信息。其中，从遇险性质上分析，全国海上发生的船舶碰撞事故数为383起，占险情总数的19．2%；从遇险区域上分析，沿海海区共发生险情1407起，占险情总数的70.5%；江河干流共发生险情467起，占险情总数的23.4%。

1.2 研究目的及意义

从有关船碰撞事故的案例分析的报告可以得出，由于部分驾驶员对碰撞危险程度估计不足，未能尽快采取合适的避让行动；或是由于双方船舶均未使用安全航速，遇到险情时没有进行正当操作是导致事故发生的直接原因。一旦发生船舶碰撞事故，必然会造成很大的影响，虽然近些年来船舶碰撞的事故有所减少，但是它在海上船舶交通事故中中占的比例依然很大。因此，研究如何避免船舶之间发生碰撞，依旧是保证船舶能够安全航行的重要课题。由于船舶发生碰撞的主要因素是人为因素，因此，需要了解船舶需要避碰时驾驶员的思维过程和采取的避碰行动并且提出较优的避碰算法也是非常重要的。

1.3 国内外研究现状

其实针对船舶避碰方面的研究早就在进行之中，在20世纪五六十年代，英国、美国及德日等发达国家就已经开始了对船舶避碰系统方向的研究，主要成果包括将一些相关概念通过计算量化成数值和利用各种经典数学工具来进行建模，同时逐步开展有关避碰系统的理论上的研究工作。我国学者也紧随其后对船舶避碰方面开展了研究，并且利用设计的相关仿真平台解决了实船仿真会出现的风险大、调试周期长和高费用等问题^[3]。

在船舶避碰决策研究的初期，运用了几何数学的原理，将避碰规则定量化，大大推动了船舶数学建模的发展。可以认为，几何避碰的研究为以后避碰决策数学建模及避碰自动化的发展研究奠定了良好的基础。许多广泛应用的概念在运用避碰几何方法研究船舶避碰的过程中诞生，例如DCPA、TCPA、船舶领域、动界等等。而在八十年代之后，由于计算机软件和应用技术的发展，船舶避碰自动化的研究得到了飞速发展^[4]。