[發明專利]一種用于橋梁的通航風險評價方法

在審

• 申請號: 202010427371.3
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111553016A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 孔憲衛;張慶河;紀超;陳同慶;王晨陽;張帥;李延偉;李曉松;郝媛媛;張磊;曲徑;楊宗默;干偉東;李曉星;黎國森;李華國;王義安;馬殿光;康蘇海
• 申請（專利權）人: 天津大學;交通運輸部天津水運工程科學研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/15;G06Q10/06
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發明公開了一種用于橋梁的通航風險評價方法建立船舶運動數學模型，基于船舶運動數學模型，將橋梁的設計尺寸、通過船型、橋梁區域風流航行條件和船舶流量作為船舶與橋梁相撞的風險因素，建立船舶與橋梁相撞概率數學模型；建立對應船舶與橋梁相撞概率的通航風險分級標準，應用船舶與橋梁相撞概率數學模型評估橋梁的通航風險。本發明可在橋梁的設計階段對通航風險進行定量評估，以便保障橋區水域的船舶安全。

技術領域

本發明涉及水運交通領域，特別涉及一種用于橋梁的通航風險評價方法。

背景技術

水運的基礎是航道，航道作為國家重要的公益性交通基礎設施，屬于有限的不可再生資源。截至2018年底，全國內河航道通航里程12.71萬公里，居世界第一，內河等級航道6.64萬公里，其中，三級及以上航道1.35萬公里，基本形成了以長江干線、西江航運干線、京杭運河、黑龍江水系、長江三角洲和珠江三角洲航道網為骨干的干支直達、江海連通的航道網。隨著航道及橋梁的發展，船舶撞橋事故越來越多，事故的影響也越來越大，從通航的角度來看,橋梁的建設不僅限制了航道的通過能力,還增加了船舶的通航風險。因此，為準確把握橋區水域的通航安全狀況，有必要在橋梁設計階段就對橋梁通航設計方案進行通航風險評價，根據評價結果來優化橋梁通航設計方案，現有的一些通航風險評價方法，沒有定量評價，不便于優化橋梁通航設計方案。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種用于橋梁的通航風險評價方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種用于橋梁的通航風險評價方法，建立船舶運動數學模型，基于船舶運動數學模型，將橋梁的設計尺寸、通過船型、橋梁區域風流航行條件和船舶流量作為船舶與橋梁相撞的風險因素，建立船舶與橋梁相撞概率數學模型；建立對應船舶與橋梁相撞概率的通航風險分級標準，應用船舶與橋梁相撞概率數學模型評估橋梁的通航風險。

進一步地，建立船舶的運動坐標系，取船舶上一點為運動坐標系原點，Ox軸垂直于船舶中橫剖面，指向船首為正，Oy軸垂直于船舶中縱剖面，以指向右船舷為正，Oz軸垂直于水線面，指向龍骨為正，建立船舶運動數學模型如下：

式中，m_x為船舶的x軸方向附連質量；m_y為船舶的y軸方向附連質量；m為船舶質量；u為船舶在x方向的速度；v為船舶在y方向的速度；r為船舶在繞z方向的轉首角速度；X_H為不包括慣性力的x方向船體水動力；Y_H為不包括慣性力的y方向船體水動力；N_H為不包括慣性力的z方向船體水動力；X_P為螺旋槳產生的x方向力；Y_P為螺旋槳產生的y方向力；N_P為螺旋槳產生的繞z方向力矩；X_R為船舵產生的x方向力；Y_R為船舵產生的y方向力；N_R為船舵產生的繞z方向力矩；X_WD為風產生的x方向力；Y_WD為風產生的y方向力；N_WD為風產生的繞z方向力矩；X_c為流產生的x方向力；Y_c為流產生的y方向力；N_c為流產生的繞z方向力矩；I_z為船體對z軸的轉動慣量；J_z為船舶的慣性矩；為船舶在x方向的加速度；為船舶在y方向的加速度；為船舶在繞z方向的轉首角加速度；x_c為船舶中心在x軸上的值。

進一步地，根據船舶船型尺度參數，將船舶分為大型尺度船、中型尺度船和小型尺度船三類，對建立的船舶運動模型進行修正，使船舶特性符合國際海事組織《船舶操縱性臨時標準》的要求。

進一步地，采用統計分析方法和數學模型方法，建立船舶與橋梁相撞概率數學模型。

進一步地，基于AASHTO規范算法，建立船舶與橋梁相撞概率數學模型如下：