一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法及设备

本发明涉及水路交通流，尤其是涉及一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法及设备。

背景技术：

1、航道服务水平是衡量水路交通效率和安全性的重要指标，不同等级的航道服务水平表示航道所有运输设施的性能。好的航道服务水平不仅可以缩短船舶航行时间的，提高货物和旅客的运输效率，还可以大大降低船舶的航行安全风险。航道服务水平与水路交通运行效率和安全、促进区域经济发展以及实现可持续交通体系等方面具有密切的关系，在航道的规划与管理等方面也起到重要作用。因此，航道服务水平的评价方法，一直也是学者研究的热点。

2、在道路和水路交通中，公路或航道的服务水平评价方法主要分为三种。第一种：将载运工具的延误、司机和乘客的感知作为服务水平评价的考虑因素；第二种：将需求的交通量与道路或航道容量的比率作为服务水平评价的考虑因素；第三种：基于交通流基本图，首先获取交通流特征，然后将交通流特征作为评价航道服务水平的考虑因素。利用第三种方法，人们不仅可以知道公路或航道的通行能力，还可以科学地评价目前公路或航道运行的状况。但是，在上述的第一、第二种方法中，载运工具的延误、司机和乘客的感知和需求的交通量在实际中测量耗费的人力物力资源大，测量的结果有一定主观性；上述的第三方法主要应用于道路交通中。在绘制道路交通流基本图时，交通流密度的定义是单位距离内包含的汽车数量。但是，水路交通的异质率很高，船舶间的尺度差异范围(约为0至400m)，远大于道路交通中车辆的尺度差异范围(约为0至30m)。若直接将这种绘制方法应用于水路交通中，可能会因为水路与道路交通的差异带来评价结果与实际不符。同时，现阶段一方面水路交通流服务水平评价等级分为4个，划分不够细致。另一方面，服务水平评价等级构建是外国人基于他们日常生活中的评价习惯，这与我国人们日常生活中的评价习惯不同。因此，针对以上不足，发明了一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法。

3、经过检索，中国发明专利公开号cn112991819b公开了一种基于水上交通宏观基本图的航道服务水平评价方法，该方法包括：选择所要研究的航道区域，从一年的ais数据中筛选出在该航行区域航行的船舶ais数据；在该航道区域的基础上建立直角坐标系，由ais数据中的经纬度信息计算出船舶在坐标系中的坐标；通过船舶轨迹时空图得到船舶交通流的密度、速度、流率，将求得的密度、速度和流率绘制成水上交通基本散点图；从水上交通基本散点图的流率-密度关系图中得出最优密度值；将划分结果绘制到流率-速度散点图中，完成航道服务水平在基本图上的绘制。该现有专利存在航道服务水平评价仅将船舶的数量，没有充分考虑水路交通流特征导致计算航道状态的准确高不够高问题。

4、如何实现更准确地计算航道状态信息，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法及设备。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，该方法包括：

4、确定研究的航道区域，并在航道区域内建立直角坐标系；

5、对航道区域进行交通流观测，获取航道区域内的交通数据；

6、根据考虑水路交通流特征的速度、密度和流量的定义，计算水路交通流特征的速度、密度和流量的参数值；

7、根据计算的水路交通流特征的流量、密度和速度，绘制水路交通流基本图，并从水路交通流基本图中获得最优密度值；

8、按照最优密度值划分五个等级的密度值，并将划分结果绘制到水路交通流基本图的速度-流量关系图中，完成航道服务水平在基本图上的绘制。

9、优选地，所述水路交通流特征的速度v为基于观测航道区域内船舶面积加权的平均速度，计算公式为：

10、

11、

12、式中，δxi表示第i艘船舶在观测航道区域航行的距离，t表示观测的时间间隔，n表示观测的航道区域内船舶总数量，v表示水路交通流特征的速度，xi出和yi出为一个观测时间间隔的初始时刻时船舶在直角坐标系下的位置，xi末和yi末为一个观测时间间隔的结束时刻时船舶在直角坐标系下的位置，si表示第i艘船舶的面积。

13、优选地，所述的水路交通流特征的密度k为观测的航道区域内船舶面积的总和与观测的航道面积的比值，计算公式为：

14、

15、式中，s表示观测的航道区域面积，si表示第i艘船舶的面积，n表示观测的航道区域内船舶总数量，k表示水路交通流特征的密度。

16、优选地，所述的水路交通流特征的流量q为单位时间内航道单位截面通过船舶面积，计算公式为：

17、

18、式中，si表示第i艘船舶的面积，t表示观测的时间间隔，w表示观测区域航道的宽度，n表示观测的航道区域内船舶总数，q表示水路交通流特征的流量。

19、优选地，所述的水路交通流特征的流量q的计算方法为利用流量恒等于密度与速度的乘积关系计算得到：

20、q＝k*v

21、式中：v表示水路交通流特征的速度，k表示水路交通流特征的密度，q表示水路交通流特征的流量。

22、优选地，所述的按照最优密度值划分五个等级的密度值具体为：将最优密度值平均划分，得到优秀、良好、中等、及格和差，共五个等级的密度值。

23、优选地，所述的最优密度为实际交通流量达到最大时所对应的密度值。

24、优选地，所述的交通数据包括航道区域内所有船舶的船舶面积、船舶的航速以及船舶在所建立的直角坐标系下的位置数据。

25、优选地，所述的航道区域为矩形区域。

26、根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、1)本发明对交通流特征的密度、速度和流率进行了重新定义，将船舶的尺度反应在交通状态中，比原有的水路交通流特征参数定义更具科学性和合理性；同时，运用面积占有率表征航道的密度比运用单位距离内含有船舶的数量表征密度更加的直观；因此，利用本发明定义的水路交通流特征参数来计算航道状态信息更加准确。

29、2)本发明基于重新定义的交通流特征参数，绘制水路交通流基本图，并提出基于水路交通基本图评价航道服务水平的方法和等级划分。本发明的航道服务水平等级划分基于我国人民日常生活中的评价习惯，分为五个等级，更好地反映航道的真实状况，从而帮助交通研究者及航道管理部门掌握水路交通运行状况，确定交通管理的方案。同时也能为航道改扩建和航道投资决策方面提供依据，更好地为水路交通领域服务。

技术特征：

1.一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述水路交通流特征的速度v为基于观测航道区域内船舶面积加权的平均速度，计算公式为：

3.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的水路交通流特征的密度k为观测的航道区域内船舶面积的总和与观测的航道面积的比值，计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的水路交通流特征的流量q为单位时间内航道单位截面通过船舶面积，计算公式为：

5.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的水路交通流特征的流量q的计算方法为利用流量恒等于密度与速度的乘积关系计算得到：

6.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的按照最优密度值划分五个等级的密度值具体为：将最优密度值平均划分，得到优秀、良好、中等、及格和差，共五个等级的密度值。

7.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的最优密度为实际交通流量达到最大时所对应的密度值。

8.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的交通数据包括航道区域内所有船舶的船舶面积、船舶的航速以及船舶在所建立的直角坐标系下的位置数据。

9.根据权利要求1所述的一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法，其特征在于，所述的航道区域为矩形区域。

10.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～9中任一项所述的方法。

技术总结本发明涉及一种考虑水路交通特征的航道服务水平评价方法及设备，该方法包括：确定研究的航道区域，并建立直角坐标系；对航道区域进行交通流观测，获取航道区域内的交通数据；根据考虑水路交通流特征的速度、密度和流量的定义，计算水路交通流特征的速度、密度和流量的参数值；根据计算的水路交通流特征的流量、密度和速度，绘制水路交通流基本图，并从水路交通流基本图中获得最优密度值；按照最优密度值划分五个等级的密度值，并将划分结果绘制到水路交通流基本图的速度‑流量关系图中，完成航道服务水平在基本图上的绘制。与现有技术相比，本发明具有计算航道状态信息更加准确、评价等级更细更符合我国人民评价习惯等优点。技术研发人员：刘轶华,庄思卿受保护的技术使用者：上海海事大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20