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审查船舶安全领域：模型和应用

摘要：船舶安全领域是一个广泛用于防撞和交通工程研究的术语。经典船舶领域已在多个报告中进行了比较。然而，到目前为止，还没有任何工作总结这一领域的当代研究。本文对新船领域模型和相关研究进行了系统而严谨的审查。它讨论了船舶领域概念方法的多重差异：从定义和安全标准，到研究方法和考虑的因素，到不同作者获得的有时大不相同的结果。本文还指出了与船舶领域相关的一些解释模糊，并总结了其发展和应用的现状。

关键词：船舶领域避碰风险 海上交通工程

1.概要

船舶安全领域是一个安全距离的概括，它对海上航行的介绍来自于 观察到所有方向的安全距离并不相同。术语“船舶领域”被广泛使用，但 通常具有不同的含义，这取决于特定作者的定义或开发领域模型的目的。这可能导致混淆，特别是如果在大小和形状方面比较这些域。

船舶领域的论文很多，他们的作者简要综合了该领域已经完成的工作。船舶领域相关研究的摘要也被纳入审查避碰方法的论文中（Tam etal，2009)。然而，到目前为止，还没有更广泛的出版物完全致力于审查当代船舶领域模型和相关研究。本文旨在通过提供关键的船舶领域摘要来填补这一空白。

船舶领域可以粗略地分为通过理论分析开发的那些，基于专家知识的那些和经验确定的那些，必须说三组不是相互排斥的，并且有时使用各种方法的组合，例如（Dinh和Im，2016)，根据经验确定的领域模型通常更简单，因为经验数据使得难以隔离多个参数的影响。由于这种简单性，这些模型的潜在应用仅限于问题，其中域的大小和一般形状足以在统计级别上工作并且精确尺寸不太重要。因此，经验域成功地用于确定当地水道的容量，但是通常不够详细，无法避免船舶碰撞。对于基于知识和基于分析的模型， 它们的应用范围更广泛，并且从上述碰撞避免扩展到近距失情和水路风 险分析的检测。由于这些目的要求更高，因此这些域的参数化程度很高，以涵盖导致碰撞风险的多个因素。

所有模型的共同点是它们受到水域的影响，但程度不同。在确定容量或水路风险的情况下，它是一个特别感兴趣的水域，主要是因为其形状，交通密度和交通模式。在防撞系统的情况下，它是一种水域：狭窄的水道，受限制（但相当宽）的水域或开阔水域。确定船舶领域的方法随着时间的推移而发展。早期模型通常基于统计处理的雷达数据，这种经验方法仍在继续，但AIS已取代雷达作为数据源，更先进的统计方法应用于数据处理。利用专家导航的知识，分析方法或两者的组合，当碰撞避免系统，接近未命中检测或碰撞风险分析时，它是优选的。

本文的其余部分安排如下。Domain的经典定义在Section中进行了介绍和分析，然后讨论各种当代研究人员确定的原因，方式和结果（第二节），部分4介绍他们的应用，部分5介绍相关的研究方法和措施船舶领域的替代方案。最后，结论，包括未解决的问题和船舶领域的预测未来，在章节6中介绍。

2.领域定义，解释及其实际意义

虽然所有研究人员都确定或提出了各自船舶领域模型的尺寸，但必须注意的是，这些尺寸可能导致船舶之间的间距不同，具体取决于船舶领域的定义和相关的安全标准。因此，这里回顾了三个经典定义，它们的解释和含义将在本节后面讨论。

船舶领域的术语最初是在（Fuji，1971）中引入的，其中有效域被定义为：“围绕船舶的二维区域，其他船舶必须避免 - 它可以被视为逃避区域”。有效域边界的尺寸定义为中心船舶的距离，其他船舶的密度达到局部最大值。

类似的定义可以在两个连续的工作中找到。根据古德温（1975），该领域是“船舶周围的有效区域，导航员希望保持对其他船只和固定障碍物 的自由”。它是“船舶周围的有效区域，典型的航海家实际上相对于其他船只保持自由”。明显的区别在于，在后一种定义中，结果而不是偏好更加突出。

一般而言，上述定义彼此接近，但是由不同的作者以多种方式解释， 导致在他们的研究中应用各种安全标准。在实践中，在遇到情况下使用船舶领域可以与以下四个安全标准之一组合，如图1中所示。

图1.不同的基于域的安全标准：a）OS域未被违反，b）TS域未被违反，c）OS和TS域均未被违反，d）域不重叠。

这些标准中的每一个都由一些研究人员代表。富士的定义意味着让 位船应该尽量不违反备用的领域，而根据Coldwell的说法，导航员会注意他自己的领域而不是目标领域。至于Coldwell，本文中使用的“中央船” 一词并不明确暗示船舶是否应该避免违反自己的领域或目标领域。但是，可能有人认为，如果定义涉及每个导航员而不是在两艘船遭遇期间都不应违反任何领域，它支持所列标准的第三个。

这四项标准之间的实际差异至关重要，将在案文中进一步详细分析。一般来说，它们的影响与领域的大小和形状同样重要，因为它在很大程 度上影响了船舶之间的有效间距。

前两个标准可能被认为是不对称的 - 即使使用相同的域，它们也可能导致不同的安全估计，具体取决于评估的哪个船。另外两个是对称的-只要应用相同的域，无论从什么角度来看，情况的评估都是相同的。在这四个标准中，最后一个标准是迄今为止最强的标准，必须在此清楚 地说明它不符合上面给出的任何领域的定义。根据这些定义，域是保持 或应该远离其他船只的区域，而不是其他船舶的域（后者将意味着递归 定义，并且对于导航器而言是不直观的）。不幸的是，研究人员使用了包括最后一个标准在内的所有四个标准，然后将其域维度与其他域进行 比较，这在不同标准的情况下毫无意义。根据上面列出的四个标准中的哪一个，即使使用相同的域模型，也将保留不同的最小间距。在实践中，由于应用不同的标准，间距的差异将是可比较的，有时甚至比根据不同 作者的域尺寸的差异大得多。详情如下。

为了使分析更容易理解，让我们假设一个船舶领域。根据Coldwell ， 其尺寸（ 船长为L 的倍数）给出如图2所示，Coldwell为会面（正面和交叉）和超车遭遇指定了不同的尺寸值，由于他的“会议”领域没有船尾部门（这在正面碰撞的情况下是可以理解的，但是对于穿越而言是有问题的），“会议”领域已根据确定的总体趋势进行了实验调整。大多数研究人员（船尾部门比前部门小），如图3所示。

图2. Coldwell的超车领域。

图3. Coldwell的正面和穿越灰色的后部区域。

因此，领域尺寸如下。

对于超车遭遇：半长轴 - 6 L，半短轴 -

• 1. L。

正面和交叉遭遇：半长轴 - 5 L，半轴 - 2。5 L。

此外，对于正面和交叉遭遇，船舶从椭圆的中心向港口移动0。75升， 向后移动1。1升，相应扇区的安全距离为：

前部门 - 6。1升，

船尾部门 - 3。9升，

港口部门 - 1。75升，

右舷部门 - 3。25 L。

为了强调结果的差异，我们假设船舶尺寸为：

本船：长度，L1 frac14;160米；梁B1 frac14;20米。

目标船：长度，L2 frac14;320米；梁B2 frac14;40米。

四个标准和七种类型的遇到的最小间距值在下面给出表格1和表2。三个选定的遭遇情况来自表格1。已经说明了图4， 图5和图6，其a-d部分对应不同的领域方法（图1a–d)。

所呈现的结果得出以下结论：应用第一个标准（图1a）导致横向后退或目标前方的间距相对较 小。如果在右舷有一个目标（一个站立的目标），当向前穿过时分离更大，因此符合COLREGS（国际海事组织，1972年；Cockcroft和Lameijer， 2011)。不幸的是，如果端口上的目标（例如，图5a）：在交叉目标前面的极小间距是有问题的。如果让步目标没有机动，那么本船可能应该启动逃生行动而不是接受这么小的间距。第二个标准与第一个标准类似，但在跨越目标的情况下提供更大的分离。但是，必须注意的是，如果目标在本船前方穿过，则该标准将在本船越过目标的情况下给出与第一个相同的评估。第三个标准导致所有图示的遭遇的合理间隔。最后一个标准显然导致船舶之间的间距较大，因为这里的间距是两个单独分离区域的总和。对于前两个标准，预期的最小间距与两艘船的观点不同（特别是在 交叉的情况下），这可能有助于对它们的相同情况进行不同的评估。这个问题已经提出过了赵等人。（1993），他分析了两艘具有不对称领域的船的正面碰撞。当然，在实践中，由两艘船进行的评估总 是略有不同，但在这里它们将根据定义大不相同，这不应该发生。

考虑到上述所有因素，可以得出第三个安全标准（图1c， 图4和6c） 是唯一一个既安全又充分抱怨域名经典定义的人。但是，必须强调的是， 上述分析涉及COLREGS规则13至16所规定的情况。其他规则可能适用于港区（区域特定法规和COLREGS关于交通分离方案的规则10）或狭窄渠道（COLREGS规则9），这在某些与船舶领域相关的研究中得到了考虑。

表1.如果本船的长度和波束为：L1，B1 和目标的长度和波束分别为L2，B2，则Coldwell域的近似最小间距。

表2.如果本船的长度和横梁为：160米，20米，目标的长度和横梁分别为320米，40米，则为Coldwell域的近似最小间距（以米为单位）。

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资料编号：[2331]

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