基于ais数据的成山头水域船舶交通流分析

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1、第1章绪论成山头水域交通非常繁忙，因此非常有必要对这一水域的船舶交通流进行详细、认真地研究，希望能找出船舶交通的特点，为相关的海事监管部门制定相关政策和采取适当措施以及对在这一水域航行的船舶提供任何能够确保船舶航行安全的建议。同时，本文将小波理论应用到船舶交通流的研究中来，希望通过本文的研究为船舶交通流研究引入一种新的理论和方法，能够加强对船舶交通的研究和分析，为加强船舶交通控制及监管提供基础依据。1．3主要研究思路本文主要研究思路是：第一步，通过研究目前国内外船舶交通流的现状，对船舶交通流有一个初步的认识，并

2、确定全文研究的重点；第二步，通过对小波理论的学习，并且参考小波理论在公路交通流的相关应用，考虑将小波理论应用到船舶交通流的分析中来；第三步，选取成山头水域作为研究区域，利用天津海事局北方海区AIS中心记录的成山头水域的AIS(全球船载自动识别系统)数据作为数据来源。利用数据读取软件对天津海事局北方海区AIS中心记录的数据进行读取，并将数据进行转换成能存放在Excel中作为文章研究的数据源；第四步，运用小波理论，利用MATLAB这个数学工具，利用小波理论和数据拟合方法对收集到的船舶交通流数据进行处理分析。1．4文

3、章框架本文的主要结构包括6个章节，即：第1章绪论，主要介绍本文的研究背景、研究意义、研究内容等；第2章交通流理论，主要介绍了交通流理论的发展及其在陆上车辆交通流研究的发展及研究现状、船舶交通流的相关概念以及船舶交通流的国内外研究现状；第3章对本文将采用的小波理论的一些基本知识进行介绍、对将小波理论应用到船舶交通流中的可行性进行了分析；第4章对本文研究区域成山头分道通航水域的一些情况进行介绍；第5章是全文的重点，主要是运用MATLAB这个工具应用小波理论对收集的AIS记录的船舶信息进行处理分析，研究基于AIS数据

4、的成山头水域船舶交通流研究交通流的特点并且用数据拟合的方法来研究船舶交通量与船舶速度之间的关系；第6章总结，对全文进行总结并对将来的船舶交通流研究的发展方向进行了一些展望。第2章交通流理论本文在这一章主要对交通流理论进行简单介绍，特别是对船舶交通流的研究现状和本文研究的船舶交通流对象进行介绍如下：2．1交通流发展2．1．1交通流概况运载工具在交通运输网内运行时，可类比于气体或液体分子在介质内的流动，称作交通流。交通流模型理论的研究始于20世纪50年代，首先是由美国经济数学家Wordrop发表了一篇有关交通流理论

5、的文章，首次从宏观统计角度明确给出车流量、车流密度、车辆的时间或空间平均速度的概念，为具体的模型研究奠定了基础【31。交通流可分为两种情况：一种情况是在交通运输网内的线路或通道上行驶，运载工具往往依次鱼贯而行，较少地受到外界其他因素的干扰，交通流处于稳态流动状态，这时的交通流特性，通常可用三个主要指标来表征：速度、交通量和交通密度(常称之为交通流三要素)；另外一种情况是运载工具通过(驶进和驶出)交通运输网的节点(如各种车站、机场、码头泊位、交叉口和各种“瓶颈’’等)，或者要求在线路或通道上通行的运载工具数接近或

6、超出其通行能力(或称为通过能力)时，此时交通流受到阻滞，运载工具的运行出现排队和等待，这时交通流处于非稳态流状态【41。2．1．2道路交通流理论的发展交通流理论从其发展阶段可以分为以下几个阶段【5】：2．1．2．1交通流统计分布特性在设计新的交通设施或确定新的交通管理与控制方案时，通常需要预测交通流的某些具体特性，而且希望能用现有的或假设的有限数据做出预报。交通流在一定时间内到达某一断面处的车辆数是随机的，但其具有一定的规律，这种规律属于一种离散分布。在交通流中，车辆到达的时间间隔的规律则是一种连续型分布。在不

7、同的交通流状态下，采用不同的分布模型，可以用有限的已知数据预测基-j-．AIS数据的成山头水域船舶交通流研究未来的交通状况，从而有效地解决交通流中的实际问题【51。在描述交通流随机性的统计规律时，可采用概率论中的离散和连续型分布。当描述车速和穿越空档等交通流现象时，也可采用连续型分布。离散型分布有时也称为计数分布；连续型分布按照不同的用途又可称间隔分布、车头间距分布、速度分布和可穿越空档分布等。离散型分布主要有泊松分布、二项式分布、负二项式分布；连续型分布主要有指数分布和移位指数分布。其中：泊松分布主要适用于车

8、辆密度不大，车辆间相互影响甚微的随机车流；二项分布主要适用于车辆比较拥挤，自由行驶机会不多的车流；负二项分布主要适用于到达量波动大的车流等；负指数分布主要用于描述有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的车头时距分布，常与计数的泊松分布相对应；移位负指数分布主要用于描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流量低的车流的车头时距分布[21。2．1．2．2车辆跟驰理论车辆跟驰理论又称为