[發(fā)明專利]一種基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110208667.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN112861367B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建;劉軼華;汪婷;郭欣;莊思卿;陳均豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/08
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;張妍

1.一種基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包含：

S1、對(duì)擬建橋梁處的河道和周邊信息、船舶交通流信息進(jìn)行采集；

S2、以基本船撞橋模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行船撞橋概率模型的修正；

S3、基于所述步驟S2，建立船撞橋概率數(shù)學(xué)模型；

S4、基于所述步驟S1采集的數(shù)據(jù)和步驟S3所得的船撞橋概率數(shù)學(xué)模型，計(jì)算橋梁建成后的船撞橋概率，預(yù)計(jì)最小化船撞橋概率，得到最小化船撞橋概率的方案；

其中，所述步驟S2中的基本船撞橋模型為AASHTO規(guī)范算法模型，船撞橋概率模型的修正包含：船型修正、上下水修正、大風(fēng)修正和大霧修正，引入修正系數(shù)γ對(duì)AASHTO規(guī)范算法模型進(jìn)行修正，修正系數(shù)γ為：

式中，γ為修正系數(shù)，B為船舶寬度，L為單孔跨徑，a為上下水修正系數(shù)，根據(jù)碰撞統(tǒng)計(jì)資料a取3，Q_下水為下水通航量，Q_上水為上水通航量，

Q為全年通航量，b為大風(fēng)修正系數(shù)，取值1.5，d′為風(fēng)速大于7.9m/s的通航天數(shù)，D為全年通航天數(shù)，F(xiàn)為一年能見度小于1000m的霧日天數(shù)，K為大霧影響系數(shù)，參考取為2511000～2512000，S為航區(qū)能見度距離，能見度不好S₁取1000m，能見度良好S₂取10000m；

所述步驟S3包含：

船撞橋概率目標(biāo)函數(shù)公式為：P＝N×P_A×P_G×γ(2)

式中，P為船舶碰撞橋梁的概率，N為年通過橋區(qū)水域船舶的數(shù)量，P_A表示船舶偏航概率，P_G為船舶碰撞橋梁的幾何概率，γ為修正系數(shù)；

其中，P_A函數(shù)為：P_A＝B_R×R_B×R_C×R_XC×R_D(3)

式中，B_R為偏航基準(zhǔn)概率；R_B為橋位修正系數(shù)；R_C為平行水流修正系數(shù)；R_XC為橫流修正系數(shù)；R_D為船舶交通密度修正系數(shù)；

基于船舶交通流調(diào)查航跡分布服從一個(gè)數(shù)學(xué)期望為μ、標(biāo)準(zhǔn)方差為σ²的高斯分布，則船撞橋概率密度函數(shù)f(x)為：

實(shí)際船舶交通流調(diào)查航跡在電子海圖綜合顯示平臺(tái)上匯集，以航跡帶中心位置為均值μ、1倍設(shè)計(jì)代表船型的船長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)差σ建立船撞橋幾何概率公式：

式中，P_G表示船撞橋幾何概率，x_j為第j個(gè)水中橋墩離船舶交通調(diào)查航跡分布中心的距離、Δx為橋墩在航跡方向的投影長(zhǎng)度，n為橋墩個(gè)數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S1中，擬建橋梁處的河道和周邊信息包含：

河道的寬度、水流速度、地形地質(zhì)、周邊是否有居住區(qū)、是否有影響交通流較大的設(shè)施設(shè)備。

3.如權(quán)利要求1所述的基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S1中，

采用AIS設(shè)備，將航經(jīng)擬建橋梁處附近水域的船舶在電子海圖綜合顯示平臺(tái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，以得到船舶交通流信息，所述船舶交通流信息包含船舶的位置分布、航速分布、船舶尺寸分布。

4.如權(quán)利要求3所述的基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，

當(dāng)所述船舶沒有裝載AIS設(shè)備或所述AIS設(shè)備未啟動(dòng)時(shí)，采用雷達(dá)和/或望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)調(diào)查。

5.如權(quán)利要求1所述的基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S4包含：

根據(jù)步驟S1采集的數(shù)據(jù)和步驟S3所得的船撞橋概率數(shù)學(xué)模型得到初步船撞橋概率；

在跨徑不變的情況下，平移橋梁通航孔位置與船舶交通流中心位置重合，水中墩的數(shù)量不變，計(jì)算得到優(yōu)化船撞橋概率；

增大通航孔跨徑，計(jì)算再優(yōu)化船撞橋概率。

6.如權(quán)利要求5所述的基于船舶交通流調(diào)查的通航橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S4中采用切片累計(jì)法計(jì)算船撞橋概率，其具體包含：

對(duì)橋線位橋區(qū)4倍設(shè)計(jì)代表船型的船長(zhǎng)范圍進(jìn)行切片，以4倍設(shè)計(jì)代表船型的船長(zhǎng)x₀處為基準(zhǔn)面，往橋線位方向切片，得到x_i個(gè)切片，得到每個(gè)切片對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，以獲取每個(gè)切片的船撞橋幾何概率，根據(jù)船撞橋概率目標(biāo)函數(shù)公式得到船撞橋概率。