本文關(guān)鍵詞：基于元胞自動(dòng)機(jī)的海上航道內(nèi)船舶交通流研究　出處：《大連海事大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著海上船舶向高速化、大型化的發(fā)展,部分重要航道內(nèi)船舶密度的逐漸增大,擁擠航道內(nèi)出現(xiàn)了較為頻繁的減速跟隨和轉(zhuǎn)向追越前船的航行行為,致使航道內(nèi)的交通變得越來(lái)越復(fù)雜。為揭示此類復(fù)雜交通現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理,促進(jìn)海上交通流相關(guān)研究的發(fā)展,需要對(duì)海上交通流中減速跟隨和轉(zhuǎn)向追越前船這類微觀行為進(jìn)行建模。基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通流模型作為一種微觀交通流模型,被廣泛地應(yīng)用在車輛、船舶等交通流研究中,是當(dāng)前主要的交通流模型之一。通過(guò)總結(jié)海上元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型的發(fā)展現(xiàn)狀,分析影響元胞自動(dòng)機(jī)應(yīng)用于船舶交通流研究的瓶頸問(wèn)題,分析航道內(nèi)船舶的實(shí)際交通數(shù)據(jù),研究航道內(nèi)船舶行為特征,建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的海上航道內(nèi)船舶交通流模型。提出了基于空間-邏輯映射規(guī)則的航道離散方法。該方法解決了由航道寬度變窄引起的空間離散化問(wèn)題。當(dāng)實(shí)際航道寬度變窄時(shí),若借鑒道路空間離散方法直接對(duì)航道進(jìn)行離散化,所得結(jié)果存在部分通道缺失的情況,在進(jìn)行交通流仿真時(shí)會(huì)引起與實(shí)際情況不符的船舶"偽換道"現(xiàn)象。該問(wèn)題制約了元胞自動(dòng)機(jī)在船舶交通流研究中的應(yīng)用。因此,通過(guò)分析實(shí)際寬度變窄航道中的船舶航跡分布特征與船舶航行規(guī)律,提出了適用于船舶交通流的航道空間離散方法。該方法能對(duì)寬度變窄的航道進(jìn)行空間離散化并映射到寬度不變的元胞空間中,實(shí)現(xiàn)了由寬度變化航道向?qū)挾炔蛔兒降赖霓D(zhuǎn)換,為制定合理的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)用該方法對(duì)寬度變窄的航道進(jìn)行了離散化處理,并基于離散結(jié)果進(jìn)行了交通流仿真,通過(guò)與實(shí)際船舶航行數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了該方法的有效性。建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)追越受限條件下的船舶交通流模型。在該模型中,主要對(duì)后船速度大于前船但無(wú)法追越時(shí),受前船影響而必須采取減速跟隨的行為進(jìn)行了研究。通過(guò)分析航行過(guò)程中后船減速跟隨前船的實(shí)際航行行為,并結(jié)合船舶避碰的研究成果,確定船舶減速的時(shí)機(jī)和幅度,制定對(duì)應(yīng)的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則,建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)追越受限條件下的船舶交通流模型。該模型適用于不滿足追越條件時(shí)的船舶交通行為仿真或單向航道內(nèi)禁止追越的船舶交通流仿真,為單向航道內(nèi)可追越條件下船舶交通流模型的建立奠定了基礎(chǔ)。建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的單向航道內(nèi)可追越條件下的船舶交通流模型。在該模型中,著重研究了船舶的追越行為,并制定了對(duì)應(yīng)的元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則。在該演化規(guī)則中,考慮了后船在追越過(guò)程中不與他船產(chǎn)生新緊迫局面的原則、追越過(guò)程中船間通過(guò)甚高頻電話協(xié)商避碰對(duì)船舶行為的影響、后船為保持足夠的安全橫距采取轉(zhuǎn)向行為時(shí)對(duì)速度的影響、兩艘或兩艘以上船舶進(jìn)行追越時(shí)的目標(biāo)位置沖突,從而令該模型更加符合船舶在實(shí)際追越過(guò)程中的規(guī)律與特點(diǎn)。最后,通過(guò)對(duì)實(shí)際航道中船舶交通流的仿真,對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)以上研究,解決了由航道寬度變化引起的"偽換道"問(wèn)題;針對(duì)航道內(nèi)船舶減速跟隨和追越前船的行為,基于元胞自動(dòng)機(jī)提出了單向航道內(nèi)追越受限和可追越條件下的船舶交通流模型,促進(jìn)了元胞自動(dòng)機(jī)在海上船舶交通流建模中的應(yīng)用,為海上船舶交通流理論的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。
[Abstract]:With the ship to the high-speed, large-scale development, gradually increased in some important waterway vessel density, crowded channel appeared in the navigation act frequently deceleration follow and turn overtaking before the ship, the waterway traffic is becoming more and more complex. In order to reveal the mechanism of this kind of complex traffic phenomena, promote the development of the marine traffic related research, the need for maritime traffic flow in the micro behavior and deceleration follow to overtake before the ship is modeled. The cellular automaton traffic flow model as a microscopic traffic flow model based on, is widely used in vehicles, ships and other traffic flow research, is the main traffic one of the flow model. By summarizing the current development of maritime traffic cellular automaton model, analysis the bottleneck affecting the cellular automaton application in ship traffic flow research, analysis of the channel in the ship. When the traffic data of waterway ship behavior, sea lanes is established based on cellular automaton ship traffic flow model is proposed. The spatial logic mapping rule method based on discrete channel. This method solves the discrete problem caused by space narrowing the channel width. When the actual channel width, if reference the spatial discretization method is used to discretize the direct channel, the results are part of the channel is absent, the traffic flow simulation will cause the ship "inconsistent with the actual situation of the pseudo change" phenomenon. This problem restricts the cellular automaton and its application in the study of vessel traffic flow. Therefore, through the analysis of the actual width the ship track distribution and navigation channel in the proposed rule, the channel space suitable for ship traffic flow discrete method. This method can narrow the channel on the air Between the discrete and mapped to the constant width of the cellular space, realize the conversion from the width of the channel to the same width of the channel, laid the foundation for the reasonable evolution of cellular automaton rules. The method is used for discretization of the width of the channel, and based on the results of discrete traffic flow simulation by comparison with the actual data, sailing ship, to verify the effectiveness of the method. The ship traffic flow model based on cellular automaton in one-way channel after more limited conditions. In this model, mainly on the boat speed is higher than before the ship but could not overtake, first ship must take effect follow the deceleration behavior of the sailing ship before follow the act through the analysis of the navigation process after the ship speed, and the research results of ship collision, determine the timing and magnitude of ship speed and make the corresponding Cellular automaton evolution rule, established the ship traffic flow model based on cellular automaton in one-way channel after more limited conditions. This model is suitable for ship traffic flow simulation can not meet the prohibition of overtaking vessel traffic behavior simulation overtaking conditions or one-way channel, laid the foundation for the establishment of a one-way channel can be under the condition of the overtaking vessel traffic flow model. The ship can overtake the traffic flow model under the condition of one-way channel cellular automaton is established. In this model, focusing on the ship Overtaking Behavior, and formulate the corresponding evolution of cellular automaton rules. In the rules of evolution, consider the boat in the overtaking process and his ship new urgent situation of the principle of overtaking process between the ships by VHF telephone consultation effect on the behavior of ship collision avoidance, the boat in order to keep enough safety distance to take the line It's influence on the speed of the target position conflict between two or more vessels are overtaking when, in order to make the model more in line with the law and characteristics of the ship in the actual overtaking process. Finally, through the simulation of the ship channel in actual traffic flow, the model is validated. Through the above research, to solve the the channel width changes caused by the "pseudo change" problem; to channel within the ship before the ship deceleration follow and Overtaking Behavior Based on cellular automaton ship traffic flow model in one-way channel overtaking limited and overtaking conditions put forward, promote cellular automaton in marine traffic flow modeling and make a certain contribution for the development of marine traffic flow theory.

【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U692

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