汪益兵，莊 元

（1.國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海工程學(xué)院，浙江 舟山316021；2.武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，武漢430063）

深圳西部水域是進(jìn)出各港區(qū)碼頭、拋錨待泊的唯一通道，也是大量往返珠江三角洲與香港、澳門(mén)之間的船舶必經(jīng)之地。國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和粵港跨境聯(lián)系的不斷增加，帶來(lái)了對(duì)水運(yùn)的大量需求。目前進(jìn)出深圳西部水域的班輪航線密集，船舶日益增多，水上交通更加繁忙與復(fù)雜。僅船舶流量而言，1996年深圳西部水域的年船舶流量約為11萬(wàn)艘次，而2005年則高達(dá)40萬(wàn)余艘次。了解和掌握這一區(qū)域交通流的基本變化規(guī)律，對(duì)海事機(jī)構(gòu)科學(xué)合理地實(shí)施船舶交通管理有著重要的意義。

1 船舶流分布

深圳港西部從龍鼓水道到警戒區(qū)、媽灣航道一帶都是船舶密集區(qū)。該區(qū)域的船舶流量大，其中以300總噸以下的小型船舶約占絕大多數(shù)，由于大鏟錨地驗(yàn)關(guān)的影響，南下船舶經(jīng)常形成船舶群。警戒區(qū)附近的進(jìn)口船舶，蛇口港區(qū)、赤灣港區(qū)、媽灣港區(qū)的出口船舶在此交匯，交通態(tài)勢(shì)比較復(fù)雜。

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

分析所采用的數(shù)據(jù)來(lái)源見(jiàn)表1。

表1 船舶流分析數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2 船舶流組成

根據(jù)深圳海事局提供的船舶流量資料，對(duì)船舶交通流量按船舶種類(lèi)和船舶尺度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析［1-2］，見(jiàn)圖1-4。

1.2.1 不同種類(lèi)船舶日交通比例

圖1 銅鼓島斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 銅鼓島至內(nèi)伶仃觀測(cè)斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)

1.2.2 不同尺度船舶日交通比例

圖3 銅鼓島斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)

圖4 銅鼓島至內(nèi)伶仃觀測(cè)斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)

1.3 船舶流時(shí)間分布

同時(shí)根據(jù)深圳海事局提供的船舶流量資料，對(duì)船舶交通流量按不同時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)圖5、6。

1.3.1 月分布

圖5 船舶流月分布

1.3.2 日分布

圖6 船舶流日分布

2 船舶流分析

1）西部轄區(qū)船舶交通流逐年增加。2004年進(jìn)出深圳西部港口的船舶約19萬(wàn)艘次，另從珠江口航經(jīng)深圳西部水域進(jìn)出香港的船舶近17萬(wàn)艘次。該水域的船舶年交通流量近36萬(wàn)艘次，日均交通流量超過(guò)1 000艘次。2005年進(jìn)出深圳的船舶為25.9萬(wàn)艘次，其中到達(dá)西部港的船舶就高達(dá)23萬(wàn)艘次。

2）日均統(tǒng)計(jì)表明，從7∶00時(shí)～17∶00時(shí)區(qū)域船舶流運(yùn)行強(qiáng)度較大。

3）西部港區(qū)船舶交通流密集。通航船舶流總量的82.4%以上從西部港區(qū)水域通過(guò)，其中主要船舶為集裝箱船、貨船、客船，它們分別占30.4%，24.1%，19.5%，漁 船 的 比 例 高 達(dá)11.64%。從船舶長(zhǎng)度上小型船舶占了絕大多數(shù)，長(zhǎng)度為50m以下的船舶比例達(dá)到了89.1%，而長(zhǎng)度100m以上的船舶不足5%。

VTS報(bào)告表明300t以上船舶活動(dòng)較頻繁的地區(qū)為媽灣港區(qū)（0～3泊位），進(jìn)出赤灣港區(qū)，蛇口港區(qū)二突堤南集部碼頭及SCT碼頭附近。

4）西部VTS報(bào)告區(qū)域船舶流（非高速船）平均速度為7.72kn，與已有的國(guó)外港區(qū)通航安全速度相近。

3 船舶流預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)方法

傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法主要有灰色系統(tǒng)、指數(shù)平滑法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。考慮到現(xiàn)有交通流量數(shù)據(jù)少、數(shù)據(jù)收集難度大、流量變化規(guī)律不明顯等特點(diǎn)，在預(yù)測(cè)未來(lái)一定年限到離港船舶交通流量時(shí)，采用了最新發(fā)展的支持向量機(jī)方法。

3.2 基本原理

給定l個(gè)訓(xùn)練樣本（x1，y1），（x2，y2），…（x1，y1），xi∈X?Rn，yi∈Y?R，i＝1，2，…，l。

假設(shè)通過(guò)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化，支持向量機(jī)可以獲得回歸函數(shù)：

式中：w——權(quán)系數(shù)向量；

φ（x）——輸入空間到高維特征空間的非線性映射函數(shù)；

b——偏置。

參數(shù)w和b可以通過(guò)最小化如下的規(guī)則風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)得到：

式中：C——懲罰因子。

為了估計(jì)w和b，通過(guò)引入松弛因子ξi（＊）

（ξi（＊）≥0），式（2）可以寫(xiě)為：

最小化）

受限于yi＝wTφ（xi）-b≤ε+ξi

為了求解式（1）、（2）線性不等式約束條件下的二次規(guī)劃問(wèn)題，采用拉格朗日乘子法，通過(guò)求解如下的對(duì)偶函數(shù)：

最大化w（α（＊）i）＝

受限于

式中：α＊i——拉格朗日乘子；

φ（xj））＞K（xi，xj）；

K（xi，xj）——核函數(shù)，K（xi，xj）＝（φ（xi），φ（xj））。

這樣，回歸函數(shù)可以寫(xiě)為：

3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

采用1996～2005年深圳港到離船舶量為樣本數(shù)據(jù)，模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值見(jiàn)圖7。

圖7 模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值比較圖

從總體看，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值擬和良好（趨勢(shì)擬和良好，重峰值點(diǎn)捕捉準(zhǔn)確）。預(yù)測(cè)結(jié)果值比實(shí)際值略微偏小，表明模型有一定的可信度。

運(yùn)用該模型進(jìn)一步預(yù)測(cè)2010年與2015年到離深圳港的船舶流量預(yù)測(cè)結(jié)果分別為：48.5萬(wàn)艘次和81.7萬(wàn)艘次。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深圳西部水域的船舶流量現(xiàn)狀分析以及預(yù)測(cè)可以看出，轄區(qū)的船舶日益增多。隨著銅鼓航道的開(kāi)挖和使用以及大鏟灣集裝箱碼頭的建設(shè)投產(chǎn)，未來(lái)船舶流量的發(fā)展勢(shì)頭可能甚至比預(yù)測(cè)來(lái)得更猛。對(duì)此海事機(jī)構(gòu)應(yīng)做好充分的應(yīng)對(duì)措施，以緩解日益增加的船舶流帶來(lái)的通航壓力。

［1］吳兆麟.海上交通工程［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，1993.

［2］邱 民.船舶交通工程學(xué)［M］.北京：人民交通出版社，1991.