一种开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法与流程

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法。


背景技术：

2.开阔水域包括湖泊、水库等水域，为通航水域的一种。内河通航水域是指由海事管理机构认定的可供船舶航行的江、河、湖泊、水库、运河等水域。
3.船舶领域是船舶交通工程学中的一个重要的概念，船舶在航行时，在每艘船舶周围，需要有一个安全缓冲领域，即船舶领域，他船若不进入本船的船舶领域则可保证安全、防止碰撞。
4.现有船舶领域按形状可分为椭圆形船舶领域、矩形船舶领域、瓜子形船舶领域，上述各形状船舶领域船舶前后两侧范围大于左右两侧。这些形状的船舶领域适用于在航线水域中航行的船舶，若船舶于开阔水域中自由进行转向、掉头等航行时则不适用。
5.现有确定水域中船舶密度的技术从环境影响的方面入手，船舶密度的大小与船舶污染物的排放强弱相关，在污染物排放不增加的前提下，可计算出水域内船舶的最大密度。
6.综上所述，现有技术不能在保证安全、防止碰撞前提下的获取开阔水域内船舶最大密度。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法，解决现有技术不能在保证安全、防止碰撞前提下的获取开阔水域内船舶最大密度的问题。
8.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法，包括如下步骤：
9.(1)根据各总长及各总长船舶数量占比确定船舶总长平均值，进而划定圆形船舶领域的大小范围，其包括：
10.圆形船舶领域能满足船舶于开阔水域中自由进行转向、掉头等航行的需要，船舶总长将直接决定圆形船舶领域的大小，圆形船舶领域是以四倍的船舶总长为半径的正圆，圆形船舶领域的半径为四倍船舶总长平均值；
11.(2)以圆形船舶领域为排布单元，采用密置堆积密集排布的方法，进行船舶密集排布，将排布单元布满开阔水域，借助外接六边形计算得出理论排布单元数量，其包括：
12.一个圆形船舶领域与其他六个圆形船舶领域紧密相邻，被其他六个圆形船舶领域环绕；
13.一个圆形船舶领域其周围紧密相邻的六个圆形船舶领域拥有共同的外接六边形，外接六边形外接于六个圆形船舶领域，外接六边形中包含七个圆形船舶领域，外接六边形的面积计算公式为：
14.s1＝25.84r2＝414l215.其中s1为外接六边形1的面积，r为圆形船舶领域半径，l为船舶总长平均值；
16.排布单元进行密置堆积排布，布满开阔水域后，将得到多个外接六边形，各外接六边形的面积相同，每个外接六边形中包含七个圆形船舶领域，各外接六边形之间仅有小范围重叠区域，各外接六边形彼此相接，布满开阔水域，开阔水域内外接六边形的数量可由开阔水域的面积与外接六边形的面积做除得到，开阔水域内理论排布单元数量的数量为外接六边形数量的七倍，理论排布单元数量计算公式为：
[0017][0018]
其中n
21
为理论排布单元数量，n
11
为外接六边形1数量，s为开阔水域3面积；
[0019]
(3)利用模糊一致性改造确定各影响因素的权重因子，利用取值表确定各影响因素的修正幅度，其包括：
[0020]
各影响因素指的是对船舶最大密度造成影响的因素，影响因素共六个，包括水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素；
[0021]
利用模糊一致改造，构建各影响因素的优先关系矩阵、模糊一致矩阵，利用各影响因素的权重因子计算公式计算各影响因素的权重因子；
[0022]
利用影响因素的修正幅度取值表，根据各因素的实际情况，在各因素修正幅度的最大值、最小值之间进行取值，作为各影响因素的修正幅度；
[0023]
(4)根据理论排布单元数量及各影响因素的权重因子、修正幅度，计算得出实际排布单元数量，其包括：
[0024]
在理论排布单元数量及各影响因素的权重因子、修正幅度的基础上，利用实际排布单元数量计算公式，可计算实际排布单元数量，实际排布单元数量计算公式如下：
[0025][0026]
其中n
22
为实际排布单元数量，n
21
为理论排布单元数量，wi为各影响因素的权重因子，δi为各影响因素的修正幅度；
[0027]
(5)根据实际排布单元数量及开阔水域面积计算得到基于船舶密集排布的船舶最大密度，其包括：
[0028]
在实际排布单元数量的基础上，利用船舶最大密度计算公式，可计算实基于船舶密集排布的船舶最大密度，船舶最大密度计算公式如下：
[0029][0030]
其中d1为基于船舶密集排布的船舶最大密度，s为开阔水域面积，n
22
为实际排布单元数量。
[0031]
步骤(1)所述根据各总长及各总长船舶数量占比确定船舶总长平均值包括：
[0032]
开阔水域内船舶一般未达到最大密度，各总长及各总长船舶数量占比的确定应以当前正常营运的各船舶总长及各总长船舶数量占比为基本依据，同时考虑未来发展或既定规划中的各船舶的总长及各总长船舶数量占比。
[0033]
步骤(3)所述利用模糊一致改造，构建各影响因素的优先关系矩阵、模糊一致矩阵如下：
[0034][0035][0036]
其中a
11
为各影响因素的优先关系矩阵，a
12
为各影响因素的模糊一致矩阵，六个影响因素在各影响因素的优先关系矩阵中的顺序为：水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素，若本影响因素相对另一影响因素更为优先时，则该位置处的元素值为1.0，若不及另一影响因素优先，则该位置处的元素值为0.0，本影响因素相对本影响因素处的元素值为0.5。
[0037]
步骤(3)所述利用各影响因素的权重因子计算公式计算各影响因素的权重因子如下：
[0038][0039]
其中wi为各影响因素的权重因子，r
ij
为各影响因素的模糊一致矩阵中的元素，n为矩阵的阶数。由各影响因素的权重因子计算公式，计算得出水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素的权重因子分别为 0.18、0.22、0.15、0.12、0.25、0.08，上述六个影响因素的权重因子之和为1。
[0040]
本发明的有益效果在于：
[0041]
本发明提供的开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法，根据各总长及各总长船舶数量占比确定船舶总长平均值，利用船舶总长平均值划定圆形船舶领域的大小范围，圆形船舶领域能满足船舶于开阔水域中自由进行转向、掉头等航行的需要。以圆形船舶领域为排布单元采用密置堆积密集排布的方法，进行船舶密集排布，将排布单元布满开阔水域，可以借助外接六边形计算得出理论排布单元数量，进一步利用各影响因素的权重因子、修正幅度可以确定实际排布单元数量，进而利用开阔水域面积，确定基于船舶密集排布的船舶最大密度，能够保证安全、防止碰撞。
[0042]
船舶密集排布就是以船舶领域作为排布单元进行密集排布，开阔水域船舶密集排布是以圆形船舶领域为排布单元进行密置堆积密集排布。本发明针对开阔水域特征、船舶特征，提出的基于船舶密集排布的船舶最大密度，是在保证安全、防止碰撞前提下的开阔水域内船舶最大密度。本发明计算得出的基于船舶密集排布的船舶最大密度为船舶的新增及清退、景点发展规模划定、临时抛锚等运力调控等工作提供理论基础及工作依据。
附图说明
[0043]
图1为本发明所述的开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法的流程图。
[0044]
图2为本发明的圆形船舶领域示意图。
[0045]
图3是本发明的圆形船舶领域密置堆积密集排布的示意图。
[0046]
图4是本发明的圆形船舶领域其周围紧密相邻的六个圆形船舶领域拥有共同的外接六边形示意图。
[0047]
图5是本发明的开阔水域内船舶密集排布是以圆形船舶领域为排布单元进行密置堆积密集排布示意图。
具体实施方式
[0048]
为了便于理解本发明，以下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
[0049]
本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0050]
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0051]
如图1所示，本发明所述的开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法，包括以下步骤：
[0052]
在步骤s110中，根据各总长及各总长船舶数量占比确定船舶总长平均值，进而划定圆形船舶领域的大小范围；
[0053]
在步骤s120中，以圆形船舶领域为排布单元，采用密置堆积密集排布的方法，进行船舶密集排布，将排布单元布满开阔水域，借助外接六边形计算得出理论排布单元数量；
[0054]
在步骤s130中，利用模糊一致性改造确定各影响因素的权重因子，利用取值表确定各影响因素的修正幅度；
[0055]
在步骤s140中，根据理论排布单元数量及各影响因素的权重因子、修正幅度，计算得出实际排布单元数量；
[0056]
在步骤s150中，根据实际排布单元数量及开阔水域面积计算得到基于船舶密集排布的船舶最大密度。
[0057]
在步骤s110中，根据各总长及各总长船舶数量占比确定船舶总长平均值，进而划定圆形船舶领域的大小范围。
[0058]
在步骤s110中，在本发明的一个实施例中，圆形船舶领域能满足船舶于开阔水域中自由进行转向、掉头等航行的需要。船舶总长将直接决定圆形船舶领域的大小，圆形船舶领域的是以四倍的船舶总长为半径的正圆。根据实际情况，开阔水域内现有及未来拟新增的船舶总长往往各异，故不同总长的船舶其圆形船舶领域的大小范围亦不同。为确定统一的圆形船舶领域大小范围，采用各总长乘各总长船舶数量占比的方式确定船舶总长平均值，进而确定圆形船舶领域的半径，圆形船舶领域半径计算公式为：
[0059][0060]
其中r为圆形船舶领域半径，l为船舶总长平均值，l
t
为各总长，下标t代表几种不
同的总长，p
t
为各总长船舶数量占比，且
[0061]
图2所示，本发明一实施例中圆形船舶领域示意图，其中圆形船舶领域半径为四倍的船舶总长平均值，圆形船舶领域反映了开阔水域内现有及未来拟新增的总长各异的船舶情况，能够反映各总长及各总长船舶数量占比。
[0062]
开阔水域内船舶一般未达到最大密度，各总长及各总长船舶数量占比的确定应以当前正常营运的各船舶总长及各总长船舶数量占比为基本依据，同时考虑未来发展或既定规划中的各船舶的总长及各总长船舶数量占比，基于实际，合理确定各总长及各总长船舶数量占比。
[0063]
在步骤s120中，以圆形船舶领域为排布单元，采用密置堆积密集排布的方法，进行船舶密集排布，将排布单元布满开阔水域，借助外接六边形计算得出理论排布单元数量。
[0064]
在本发明的一个实施例中，密置堆积密集排布是指利用金属晶体原子堆积理论的思想，在平面上进行密置堆积。金属晶体原子堆积理论将金属晶体中的原子视作等直径球体，因金属键无方向性和饱和性，原子周围将尽可能多的吸引其他原则，以密置堆积的方式降低体系能量，使晶体保持稳定，在二维平面上，金属晶体原子以正圆的形式，作为排布单元，进行密置堆积排布，一个排布单元与其他六个排布单元紧密相邻，被其他六个排布单元环绕。
[0065]
如图3所示，本发明一实施例中圆形船舶领域密置堆积密集排布的示意图。
[0066]
在该实施例中，一个圆形船舶领域与其他六个圆形船舶领域紧密相邻，被其他六个圆形船舶领域环绕。
[0067]
如图4所示，一个圆形船舶领域其周围紧密相邻的六个圆形船舶领域拥有共同的外接六边形。外接六边形1外接于六个圆形船舶领域，外接六边形1中包含七个圆形船舶领域，外接六边形1的面积计算公式为：
[0068]
s1＝25.84r2＝414l2(公式2)
[0069]
其中s1为外接六边形1的面积，r为圆形船舶领域半径，l为船舶总长平均值。
[0070]
如图5所示，在本发明的一个实施例中，开阔水域内船舶密集排布是以圆形船舶领域为排布单元进行密置堆积密集排布，布满开阔水域3后，将得到多个外接六边形1，各外接六边形1的面积相同，每个外接六边形1中包含七个圆形船舶领域，各外接六边形1之间仅有小范围重叠区域2，各外接六边形彼此相接，布满开阔水域3，开阔水域3内外接六边形的数量可由开阔水域3的面积与外接六边形1的面积做除得到，开阔水域3内理论排布单元数量的数量为外接六边形1数量的七倍，理论排布单元数量计算公式为：
[0071][0072]
其中n
21
为理论排布单元数量，n
11
为外接六边形1数量，s为开阔水域3面积。
[0073]
在步骤s130中，利用模糊一致性改造确定各影响因素的权重因子，利用取值表确定各影响因素的修正幅度。
[0074]
所述各影响因素是指对船舶最大密度造成影响的因素，影响因素共六个，包括水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素。
[0075]
根据各影响因素对船舶最大密度造成的影响程度不同，赋予各影响因素不同的权
重因子，以表示对船舶最大密度的不同影响。各影响因素权重因子的采用模糊一致性改造确定。进行模糊一致性改造时，首先构建各影响因素的优先关系矩阵，各影响因素的优先关系矩阵如下：
[0076][0077]
其中a
11
为各影响因素的优先关系矩阵，六个影响因素在各影响因素的优先关系矩阵中的顺序为：水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素，若本影响因素相对另一影响因素更为优先时，则该位置处的元素值为1.0，若不及另一影响因素优先，则该位置处的元素值为0.0，本影响因素相对本影响因素处的元素值为0.5。
[0078]
利用模糊一致改造，可得到各影响因素的模糊一致矩阵，模糊一致改造公式如下：
[0079][0080]
其中r
ij
为各影响因素的模糊一致矩阵中的元素，f
ij
为优先关系矩阵中的元素，n为矩阵的阶数，i为矩阵的行数，j为矩阵的列数。
[0081]
对各影响因素的优先关系矩阵a
11
进行模糊一致性改造，得到各影响因素的模糊一致矩阵，各影响因素的模糊一致矩阵如下：
[0082][0083]
其中a
12
为各影响因素的模糊一致矩阵，在各影响因素的模糊一致矩阵的基础上，利用权重因子计算公式，可计算各影响因素的权重因子，各影响因素的权重因子计算公式如下：
[0084][0085]
其中wi为各影响因素的权重因子，r
ij
为各影响因素的模糊一致矩阵中的元素，n为矩阵的阶数。
[0086]
由各影响因素的权重因子计算公式，计算得出水域环境影响因素、码头影响因素、过河建筑物影响因素、天气影响因素、船速影响因素、船舶技术影响因素的权重因子分别为 0.18、0.22、0.15、0.12、0.25、0.08，上述六个权重因子之和为1。
[0087]
各影响因素的修正幅度指各影响因素对船舶最大密度造成的影响。若影响因素的修正幅度为正，且数值较大，则对船舶最大密度造成良性影响，船舶最大密度将会增加；若影响因素的修正幅度为负，且数值较小，则对船舶最大密度造成恶性影响，船舶最大密度将会减少；若影响因素的修正幅度较小，则对船舶最大密度基本无影响。各影响因素的修正幅度具体取值见表1。
[0088]
表1影响因素的修正幅度取值表
[0089][0090]
如表1所示，在对各影响因素的修正幅度进行取值时，根据该因素的实际情况，在该因素修正幅度的最大值、最小值之间进行取值。
[0091]
在步骤s140中，根据理论排布单元数量及各影响因素的权重因子、修正幅度，计算得出实际排布单元数量。
[0092]
所述理论排布单元数量的计算，按密置堆积密集排布的方式，仅考虑了开阔水域内船舶总长平均值，故理论排布单元数量为在保证安全、防止碰撞前提下，开阔水域内理论上的排布单元数量。在考虑开阔水域内码头、船速等各影响因素的影响后，在理论排布单元数量的基础上结合各影响因素的权重因子、修正幅度计算得出的实际排布单元数量将会较理论排布单元数量产生变化。实际排布单元数量能够全面客观的反映开阔水域内，在保证安全、防止碰撞前提下，实际能容纳的船舶数量。
[0093]
在理论排布单元数量及各影响因素的权重因子、修正幅度的基础上，利用实际排布单元数量计算公式，可计算实际排布单元数量，实际排布单元数量计算公式如下：
[0094][0095]
其中n
22
为实际排布单元数量，n
21
为理论排布单元数量，wi为各影响因素的权重因子，δi为各影响因素的修正幅度。
[0096]
在步骤s150中，根据实际排布单元数量及开阔水域面积计算得到基于船舶密集排布的船舶最大密度。
[0097]
在本发明的一个实施例中，在实际排布单元数量的基础上，利用船舶最大密度计算公式，可计算实基于船舶密集排布的船舶最大密度，船舶最大密度计算公式如下：
[0098][0099]
其中d1为基于船舶密集排布的船舶最大密度，s为开阔水域面积，n
22
为实际排布单元数量。
[0100]
开阔水域面积的单位用亩表示，基于船舶密集排布的船舶最大密度可反映在保证安全、防止碰撞的前提下每亩开阔水域内船舶的最大数量。
[0101]
综上所示，采用本发明实施例提供的开阔水域基于船舶密集排布的船舶最大密度获取方法，在考虑到现有各形状船舶领域不适应开阔水域的特点，提出圆形船舶领域，同时还考虑开阔水域内现有及未来拟新增的船舶总长各异的特点，以船舶总长平均值为基础确
定了圆形船舶领域的大小范围。进一步的，采用船舶密集排布的方法，以圆形船舶领域为排布单元，布满开阔水域，借助外接六边形计算得出理论排布单元数量。利用对船舶最大密度造成影响的各影响因素的权重因子、修正幅度，在理论排布单元数量的基础上，计算得出实际排布单元数量，根据实际排布单元数量及开阔水域面积计算得到基于船舶密集排布的船舶最大密度，该密度是在保证安全、防止碰撞前提下开阔水域内船舶最大密度。
[0102]
本领域技术人员在考虑本发明公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0103]
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。