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基于经验船舶域的关于AIS数据

Martin Gamborg Hansen1, Toke Koldborg Jensen1,Tue Lehn-Schioslash;ler1, Kristina Melchild1, Finn Moslash;lsted Rasmussen1 and Finn Ennemark

在本文中，估计导航员感觉舒适的最小船舶领域。也就是说，我们估计船舶周围没有其他船舶或物体的自由空间应该进入。 在估算通道的最大流量时，这非常有用或者跨度。 本文受益于自动识别的引入系统（AIS）数据现在更容易进行涉及大量的研究观察结果。 我们的观察是基于在丹麦南部水域航行的船只四年期间，根据观察结果，我们估计船舶彼此之间的密切关系公海航行中的固定物体。 主要结果是建立了实证与舒适导航距离相关的最小船舶领域。.1舒适椭圆。 2.导航。 3.船舶领域理论。 4.交通流量

船舶领域概念已广泛用于海上交通工程

1介绍：自20世纪60年代以来，雷达数据已被用于研究如何密切关注船舶导航员愿意互相传递。 这非常有趣制作船舶交通流量模型或建造桥梁或其他障碍物航运交通

船舶领域概念已广泛用于海上交通工程因为它是在20世纪70年代首次提出的; 见Fuji（Fujii＆Tanaka，1971; Fujii et al。，1984）和Goodwin（1975）。 此后，船舶领域理论的变化已经发生提出（Davis等，1980; Coldwell，1983; Zhao等，1993; Zhu等，2001;Smierzchalski，2001和Kijima，2001）。 不同的提案有不同的形状和尺寸由于定义的差异和它们所在区域的变化建造。 不同的理论主要集中在大小和形状上标准情况下的船舶领域。

标准情况适用于研究大型交通容量或交通风险区域，但船舶可能愿意接受局部区域较小的域，减少空间或传递物体时。Pietrzykowski（2009）让他的领域变得不同程度的安全性和导航员的意识。 例如，域名在导航员非常清楚受限制的狭窄情况下，它更小的机动室，丹麦和德国之间跨越Fehmarnbelt的桥梁形成了我们分析船舶领域的大小和形状的背景。特别是，

桥跨的长度是一个关键的设计参数，对其影响很大桥梁施工时间和成本。因此，分析效率非常重要通过建议的桥跨，船舶交通，从而分析空间需要允许船舶导航员以舒适和安全的方式通过桥梁。

在本文中，我们建立了基于大量的船舶领域的规模，来自相关领域的AIS数据。我们的目标不是建立这个空间个人导航员站在船的桥上，但要建立它的时候考虑到上面的船只相互作用。目前的论文描述了如何建立此船舶域。然后Jensen使用船舶领域等。（2013）分析给定桥跨的效率。

该文件基于以下丹麦水域的AIS数据：

Great Belt桥AIS数据区域半年（2008年6月1日至2008年-2008年11月30日）Fehmarnbelt（丹麦和德国之间），四年的AIS数据（2006年4月5日至2010年4月30日）Drogden（丹麦和瑞典之间的狭窄通道），AIS数据为一年（2008年）地理区域如图1所示。

图1.进行研究的领域。

，2. 2船舶形状的形状。在本节中，我们分析了形状船舶领域基于Fehmarnbelt地区的数据（图1）。这是该地区建议的桥梁将被建造，以及大多数数据的区域是可用的。主要商业路线T路线每年约有2万艘船每个方向的运动，船舶的平均长度为130米。路线T.在分成三条路线之前有一个很长的直线部分。两者之间的渡轮路线丹麦和德国每个方向的年度运动近2万个

因此，船舶域的形状基于距离在航行通过导航员必须乘坐的区域时，船之间不同的导航问题得到考虑。这使得船的形状基于标准船舶机动的领域，具有良好的空间

机动。

通过可视化之间的距离来分析船舶领域的形状该地区所有船舶都有特殊强度的地块。从每个距离测量所有距离运往所有其他船舶，并按当前船舶的长度标准化。标准化使得在分析中包括不同尺寸的船舶成为可能。该方法可以在任何区域重复，并且不仅对Fehmarnbelt有用区域或估算本文提出的船舶领域。的想法强度在图在下面更详细地描述。

在所考虑的区域中，每艘船在一段时间间隔内进行AIS登记3秒3分钟。通常，AIS注册会在很短的时间内保存船舶转弯的时间间隔和直线航行时的较长时间间隔。感兴趣区域中的所有AIS注册都是线性插值的，以便所有船只在该区域内每30秒分配一次该位置的近似登记。考虑到实际情况，登记被移到船的中心全球定位系统（GPS）信号在船上的位置。距离然后计算D和每艘船与该区域内所有其他船舶之间的角度alpha;如图2所示

每个时间戳 计算仅限于包括a之下的船舶之间的距离D一定的阈值。我们使用Dconsidered = 3,500 m，因为这确保了距离从该地区最长的船舶（约350米）起最多十艘船长包括在内。对于每艘船，所有其他船舶的距离都是相对于船舶计算的当前船舶的长度。事实证明这可以得到最好的结果;特别是当考虑过一座桥。我们注意到这与藤井（藤井和田中，1971年），他测量了两艘船之间的距离相对于长度的总和这两艘船。后者意味着不允许重叠的船舶领域，而我们只要求船舶不进入彼此的船舶领域。效果允许船舶领域重叠的情况如图3所示。在藤井的术语中，两者都有图3中的情况会导致违反船舶域名

生成强度图以覆盖长度为24个船长的区域和12个船长的宽度。该区域被划分为0·2乘0·2船舶的元素长度;即总共120乘60个元素。每个元素的颜色反映了在相对于给定位置观察另一艘船的时间量当前船舶位于强度图的中心。颜色轴按比例缩放最常观察到其他船舶的元素给出索引1。

图4中的强度图基于所有穿越的船只Fehmarnbelt地区，并显示了近距离的船只相互通过。强度图显示椭圆形状。但是，很难区分指数0·25以下的强度;即，其他地方的中心部分观察到的船舶经常观察到的距离不到25％。因此，图4中的水平曲线如图5所示，以便更好地了解形状

该解释图5中的水平曲线，使得整个区域在图4中的相应曲线内部的强度小于指示的值

在水平曲线上与最常观察到的距离相比较。例如，0·075的水平曲线将围绕图4中的一个区域，强度小于7.5％与最常观察到的距离相比，以及此水平曲线外的所有方格与最常观察到的距离相比，强度超过7.5％。一般来看水平曲线时，很明显椭圆形状是合理。

可以看出，右舷侧的强度高于左舷侧的强度是因为较大的船只靠近T号线的中心。因此，大型船只左舷有更多的船只，而小型船只有更多的船只到达左舷。该右舷侧的强度较高，因为大型船舶将遇到特定情况相对更近。

形状分析显示导航员保持的距离可以是由椭圆描述。假设最小，首选，舒适船舶之间的距离可以类似地用椭圆来描述。在下面的分析了这个（最小）舒适椭圆的长度和宽度。长度和宽度的估计可以基于与形状相同的研究，但是在Fehmarnbelt地区，船只有很多空间，没有理由接近。相反，长度和宽度是通过考虑的情况确定的导航员更有可能做出关于首选的实际决定距离。

3在长度方向的分析

在两个不同的研究中分析了舒适椭圆的长度。 两项研究都是通过构建强度图进行形状分析。 在这两项研究中导航员可以被迫决定他将接受的在长度方向距离。这个决定可能导致速度降低或相当大课程调整，以改变长度方向的距离。

3.1。狭窄交通分离方案（TSS）中的舒适椭圆的长度。对狭窄长度的第一次研究是在狭窄的交通中进行的丹麦和瑞典之间的Drogden通道的分离计划（TSS）（见图1）。 Drogden长约5.5纳米，宽300米，深8米2008年船舶总运输量约为30,000艘。平均船舶长度为德罗登距离110米，船只更喜欢远离航道的边界。由于通道宽度仅为300米，因此很难超车。因此导航员有进行速度调节以保持与其他船只的舒适距离。因此，它是估算导航员喜欢的空间的合适区域长度方向。由于该区域的超车非常困难，因此椭圆形状不是看到。在构建强度图时，只有船舶之间的距离。已经考虑过同一方向。根据图6中的强度图，导航员感觉似乎是合理的比另一艘靠近四艘船长的船只更不舒服

3.2。穿越渡轮路线时舒适椭圆的长度。第二项研究通过考虑之间的距离来进行舒适椭圆的长度船舶在过境路线上。在Fehmarnbelt，T号公路上的主要交通穿越了一条公路丹麦和德国之间的渡轮航线（见图1）。渡轮不可能与丹麦水域的普通船相比;它更快，非常好机动能力。为了消除一些造成的影响已经分析了渡轮的特殊性质，即路线T船周围的强度，当Route T船是给路船时（COLREG，1972）。在这种情况下我们假设Route T船只决定了到渡轮的距离（图7）。当Route T船只是一艘公路船时，它会遇到来自该船的渡轮右舷。在强度图中，这可以被视为Route T船舶航向东边和一个从南到北的渡轮。在图8中，强度恰好落后于

在路线T船前面示出了。基于图8，一个舒适的椭圆形，前面和后面有四个长度船的后面用于Fehmarnbelt研究，因为这是足够详细的这些研究。 然而，在研究中椭圆的确切位置是重要的是，建议在前面使用长度为4·5船长的椭圆 船和船后面的船长为3·5

4.分析我在面对宽度方向的情况。在两种情况下考虑了宽度方向上的距离，这些船只彼此紧密相连，但仍有足够的空间让导航员选择距离。强度图不用于这些研究。主要原因使用另一种方法是只考虑某些情况，并且可用数据太有限，无法构建强度图。相反，我们分析船舶长度与其他船舶或物体之间距离的分配函数。该方法如下所述。

对感兴趣区域内的所有AIS注册进行插值，使得每艘船都有一个每30秒登记一次该位置。注册被转移到了每艘船的中心，考虑到GPS信号的实际位置船。只考虑超车或通过另一艘船的船舶和距离在最近的接近点（DCPA）对其他船舶或桥塔是估计有兴趣的船只。构建了DCPA的分布函数。

首先研究舒适椭圆的宽度是通过考虑进行的船只在丹麦水域超车。已对Route T进行了此分析丹麦和德国之间的Fehmarnbelt（见图1）。在这里，我们有一个公平船只靠近的长而直的航行路径，但导航仪仍然是免费的选择距离。对4月5日期间的数据进行了分析2006年至2007年1月12日。我们已经考虑了所有2,990艘船舶超车机动。所考虑船舶的平均长度为125米。

第二项关于舒适椭圆宽度的研究是针对船舶进行的通过Great Belt Fixed Link（见图1）。在通过距离的桥梁将几乎总是受椭圆宽度的支配。交通分离计划（TSS）出现在The Great Belt（GB）。这意味着北行和南行船舶不得在同一地区航行。固定链接的跨度为1624米，每年约有20,000艘船通过这座桥。平均船长在固定链路为150米。我们只考虑了两艘船相互通过的情况。不包括影响其航行的其他船舶的情况。由于这个原因 图9.船 - 塔和船 - 船之间距离的分布函数。受剑桥核心使用条款限制，方法和非常大的桥梁跨度，假设船舶能够自由在宽度方向上选择所需的距离。两艘船之间经过的是只有在桥的1·4 nm范围内才能进行分析TSS的大小。共分析了2,218种情况。对于这两项研究船舶（和船桥塔架之间）距离的分布函数GB）如图9所示。

舒适椭圆应该描述两者之间可以允许的情况有多接近船舶或船舶和障碍物，同时仍保持合理的舒适度。该图表显示船舶或船舶与塔架之间的距离为1·4至1·8船长这是合理的，因为GB中几乎5％的船只保持小于的距离1·8艘船长，几乎没有船只彼此靠近而不是1·4船的距离长度。在T号公路上，船舶有足够的空间，因此距离很远使分配功能更加平坦。基于以上我们选择船舶或船舶与塔架之间的最小舒适距离为1·6。这导致宽度为3·2的舒适椭圆

5.总结：舒适椭圆表示为估计值通过桥梁或航行时导航员感觉舒适的最小域狭窄的渠道。该舒适椭圆的形状和大小基于a估计来自丹麦水域不同地区的大量AIS数据。舒适的椭圆是发现其长度为8个船长，宽度为3·2。这有与Fujii提出的船舶领域相同的尺寸（Fujii＆Tanaka，1971;Fujii等，1984），尽管船舶领域的定义各不相同。舒适椭圆用于描述两艘船之间的最小舒适距离。个人导航员最有可能在他的船上保持更大的距离因为根据COLREG（COLREG，1972），他是一个让步船关于这艘船。此外，他将专注于他面前的交通。因此，与船只相比，它将与他前方的船只保持更长的距离在他后面。最后，即使没有船只或船只，一些航海家也会感到不舒服物体在它们的舒适椭圆内。然而，找到了所提出的舒适椭圆从上面的相互作用考虑Fehmarnbelt地区的船舶时适用彼此。

对于进一步的工作，在另一个领域进行相同的研究可能会很有趣

看看结果是否相似。

致谢

我们感谢Jens Froese教授和Preben Terndrup Pedersen教授的许多成果

整个分析过程中的讨论和评论。

参考

Coldwell，T。G.（1983）。限制水域的海上交通行为，导航杂志，36，431-444。

COLREG。 （1972年）。 “国际海上避碰规则公约”。国际海事组织（IMO）。

Davis，P。V.，Dove，M。J. and Stockel，C。T.（1980）。使用域的海上交通计算机模拟

和竞技场。导航杂志，33,215-222。

Fujii，Y。和Tanaka，K。（1971）。交通容量。导航杂志，24,543-552。

Fujii，Y.，Yamanouchi，H。＆Matui，T。S.（1984）。船舶交通管理系统调查及简报海洋交通研究导论，电子导航研究所论文（日本），84。

Goodwin，E。M.（1975）。船舶领域的统计研究。导航杂志，28,329-341。

Jensen，T.K.，Hansen，M.G.，Lehn-Schioslash;ler，T.，Melchild，K.，Rasm

资料编号：[5252]