楊家軒，周洋宇，劉家國

1 大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026

2 遼寧省航海安全保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116026

3 大連海事大學(xué) 航運(yùn)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，遼寧 大連 116026

0 引 言

隨著全球貿(mào)易的快速發(fā)展，海上交通日益繁忙，船舶會(huì)遇時(shí)船間危險(xiǎn)駛過（near-miss）帶來的航行安全問題日益受到重視。危險(xiǎn)駛過是指相遇的兩船以極近距離相互駛過。在航海領(lǐng)域首次提出危險(xiǎn)駛過旨在更準(zhǔn)確地評估船舶航行的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，也可用于評估所在航行海域的整體交通風(fēng)險(xiǎn)。若某海域在某時(shí)間段內(nèi)的船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)越多，航行安全風(fēng)險(xiǎn)就越大。近年來，利用船間危險(xiǎn)駛過替代船舶碰撞事故來評價(jià)航行安全已成為一種有效的方法[1]，但判定規(guī)則目前尚不能統(tǒng)一，且偏重于空間研究，缺少時(shí)間維度研究。

為了計(jì)算船間危險(xiǎn)駛過發(fā)生的次數(shù)，學(xué)者們考慮了諸多因素，提出了多種危險(xiǎn)駛過判定條件。Berglund 和Huttunen[2]認(rèn)為可將最近會(huì)遇距離（distance to close point of approaching，DCPA）≤0.3 n mile 作為危險(xiǎn)駛過的判定條件。Fukuto 和Imazu[3]從降低船舶碰撞警報(bào)的頻次、減少駕駛員工作量的角度考慮，將DCPA 為1 n mile 和最近會(huì)遇時(shí)間（time to close point of approaching，TCPA）為5 min 作為判定危險(xiǎn)駛過的條件。Park[4]設(shè)定了DCPA≤0.15 n mile 和TCPA≤3 min 作為船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）判斷安全航速的閾值。Langard 等[5]發(fā)現(xiàn)采取避碰行動(dòng)的船舶平均DCPA為0.64 n mile、TCPA為26 min、船間距為1.81 n mile。Kim 和Jeong[6]定義船舶領(lǐng)域（ship domain）被入侵作為危險(xiǎn)駛過的條件，以此區(qū)分會(huì)遇和危險(xiǎn)駛過。Yoo[7]開發(fā)了一種基于危險(xiǎn)駛過密度的海圖系統(tǒng)，若兩船滿足DCPA≤0.1 n mile，TCPA≤3 min及船間距≤0.3 n mile 的條件時(shí)，則判定為危險(xiǎn)駛過。Goerlandt 等[8]為找到船舶會(huì)遇的危險(xiǎn)場景，將危險(xiǎn)駛過定義為目標(biāo)船侵入本船的船舶領(lǐng)域，分析了芬蘭灣開闊水域內(nèi)船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。譚志榮等[9]認(rèn)為船舶領(lǐng)域被入侵不適用于判斷受限水域內(nèi)商船與漁船的危險(xiǎn)駛過，而提出利用“最近通過距離”和“時(shí)間差”來判斷危險(xiǎn)駛過的時(shí)空分布，進(jìn)而將最近通過距離為500 m、時(shí)間差為3 min作為判斷是否為危險(xiǎn)駛過的條件。Zhang 等[10-12]認(rèn)為DCPA 和TCPA 不能完全體現(xiàn)船舶會(huì)遇時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，而使用船舶領(lǐng)域的間距、相對速度、艏向夾角來建立VCRO（vessel conflict ranking operator）數(shù)學(xué)模型，分別將船舶的間距為1 和6 n mile 作為高風(fēng)險(xiǎn)及低風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，并對芬蘭水域航行安全進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。

目前，船間危險(xiǎn)駛過的研究大多數(shù)從空間維度來展開，且主要是危險(xiǎn)駛過的判定方法，以及分析在水域內(nèi)船間危險(xiǎn)駛過的頻率及地理分布特性，而從時(shí)間維度開展危險(xiǎn)駛過的研究則相對較少。時(shí)間是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、變化的持續(xù)性、順序性的表現(xiàn)。船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間可以體現(xiàn)船舶交通風(fēng)險(xiǎn)的持續(xù)性。若船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間長，說明船舶長時(shí)間處于危險(xiǎn)之中，為了避免碰撞事故，駕駛員需要持續(xù)關(guān)注兩船動(dòng)態(tài)，從而加重了駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。此時(shí)，不但危險(xiǎn)駛過次數(shù)越多，風(fēng)險(xiǎn)就越高，而且危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間與風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。因此，對船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

首先，本文運(yùn)用藤井船舶領(lǐng)域方法建立船間危險(xiǎn)駛過判定模型，定義危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間，并提出計(jì)算船間危險(xiǎn)駛過的算法。然后，利用渤海船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（automatic identification system, AIS）數(shù)據(jù)對所提模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。最后，分析并總結(jié)在渤海航行的船舶船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間的特征。

1 模型與方法

1.1 AIS 數(shù)據(jù)預(yù)處理

AIS 是船間及船岸間數(shù)據(jù)信息交互的重要助航設(shè)備。檢測危險(xiǎn)駛過主要依靠深入分析AIS 數(shù)據(jù)，而AIS 數(shù)據(jù)預(yù)處理又是此項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。AIS整合了標(biāo)準(zhǔn)化的VHF 收發(fā)器、定位系統(tǒng)（如GPS接收器）和其他電子導(dǎo)航傳感器（如陀螺羅經(jīng)、轉(zhuǎn)速指示器）[13]。

由于AIS 數(shù)據(jù)更新速率隨船舶航行狀態(tài)的變化而不同，接收到的船舶航行軌跡信息可能不在同一時(shí)刻，因此AIS 數(shù)據(jù)是離散的時(shí)空軌跡序列[14]。表1 給出了AIS 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸頻率[15]。同時(shí)，在AIS 數(shù)據(jù)傳輸過程中，受設(shè)備、天氣、海況等因素的限制，傳感器可能發(fā)生故障而導(dǎo)致AIS 數(shù)據(jù)缺失以及出現(xiàn)錯(cuò)誤（如位置、航向、航速、船舶類型和尺度等信息缺失）。上述數(shù)據(jù)缺失和錯(cuò)誤信息將對船間危險(xiǎn)駛過的檢測帶來不利影響，應(yīng)在分析數(shù)據(jù)前予以剔除。

判斷船舶是否危險(xiǎn)駛過要求有固定的AIS 軌跡序列采樣頻率，且采用時(shí)間同步內(nèi)插處理，如此才能獲取船舶的時(shí)間同步和連續(xù)的軌跡數(shù)據(jù)。圖1 所示即為時(shí)間同步內(nèi)插過程，圖中A，B 兩船的原始軌跡數(shù)據(jù)時(shí)間不同步且間隔不等，經(jīng)同步內(nèi)插后，得到采樣頻率固定的軌跡數(shù)據(jù)，其中t1～t8為內(nèi)插時(shí)間點(diǎn)。船位數(shù)據(jù)（ λ，φ，v）的內(nèi)插計(jì)算如下：

圖1 同步內(nèi)插過程Fig. 1 Synchronous interpolation process

表1 AIS 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率Table 1 Standard transmission rate of AIS data

為了確保內(nèi)插處理的正確性，還需要分段處理船舶軌跡。若一艘船舶的原始軌跡數(shù)據(jù)中相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔過大，則將該條軌跡在兩點(diǎn)之間進(jìn)行分割；若分段后子軌跡數(shù)據(jù)量過少（源于不能提供重要信息），則應(yīng)予以刪除[17]。

1.2 船間危險(xiǎn)駛過判定模型

所謂船舶領(lǐng)域是指船舶周圍的區(qū)域[18]。為保證船舶航行安全，駕駛員應(yīng)確保船舶領(lǐng)域不受侵犯。按照Goerlandt 等[8]的定義，目標(biāo)船侵入本船的船舶領(lǐng)域?yàn)槲ｋU(xiǎn)駛過，其提出的基于藤井船舶領(lǐng)域模型（Fujii ship domain model）的危險(xiǎn)駛過判定方法可有效識(shí)別危險(xiǎn)會(huì)遇場景。

為了研究船間危險(xiǎn)駛過的時(shí)間特征，基于藤井船舶領(lǐng)域模型的危險(xiǎn)駛過判定方法能夠更準(zhǔn)確地體現(xiàn)船間危險(xiǎn)駛過時(shí)的船舶主要運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。設(shè)定本船OS 和目標(biāo)船TS 各一艘（圖2），當(dāng)兩船相遇時(shí)，根據(jù)二者間的位置關(guān)系判定本船OS 是否發(fā)生危險(xiǎn)駛過。若目標(biāo)船TS 處于本船OS 船舶領(lǐng)域內(nèi)或邊界上（即圖2 中橢圓形區(qū)域），則判定本船OS 發(fā)生了危險(xiǎn)駛過；若目標(biāo)船TS 處于本船OS 船舶領(lǐng)域之外，則判定本船OS未發(fā)生危險(xiǎn)駛過。圖2 中， θ為目標(biāo)船相對于本船的方位角， β為本船艏向角，r為本船方位角上本船的中心至本船船舶領(lǐng)域邊界之間的距離，a為船舶領(lǐng)域短半軸（1.6 倍船長，記為1.6L），b為船舶領(lǐng)域長半軸（4 倍船長，記為4L）。

圖2 目標(biāo)船與本船位置關(guān)系Fig. 2 Position relationship between target and own ship

本文基于藤井船舶領(lǐng)域模型進(jìn)一步建立了船間危險(xiǎn)駛過的判定模型，具體表達(dá)式如式（7）～式（12）所示。

1.3 船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間計(jì)算模型

圖3 船間危險(xiǎn)駛過時(shí)的相對運(yùn)動(dòng)Fig. 3 Relative movement of ship encountering near-miss

圖4 t ni?start和 t in?end的計(jì)算流程圖Fig. 4 Calculation flowchart of t in?start andtin?end

2 驗(yàn)證與分析

本文采用2017 年1 月中國渤海海域（138°E～139°E，38.15°N～39.05°N）的AIS 數(shù)據(jù)，對單艘 船舶AIS 數(shù)據(jù)原始軌跡點(diǎn)中相鄰兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔超過10 min 的軌跡分段，并以1 min 為固定頻率同步內(nèi)插軌跡數(shù)據(jù)。利用該海域內(nèi)發(fā)生的危險(xiǎn)駛過場景，對本文所提船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間計(jì)算模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及其總持續(xù)時(shí)間，分析危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間與船舶類型和船舶尺度的關(guān)系。

2.1 計(jì)算模型驗(yàn)證

本文將海上移動(dòng)通信業(yè)務(wù)識(shí)別碼（maritime mobile service identity, MMSI）為636091155 的本船記為船1(船舶尺度278 m)，MMSI 為304008000的目標(biāo)船記為船2（船舶尺度208 m），并提取這兩艘貨船的航跡圖，如圖5 和圖6 所示。兩圖所示為同一次船舶相遇場景，二者航行過程相同。圖5以船1 作為本船，船2 作為目標(biāo)船，黑色橢圓形表示船1 的船舶領(lǐng)域；圖6 以船2 作為本船，船1 作為目標(biāo)船，黑色橢圓形表示船2 的船舶領(lǐng)域。

圖5 船1 航跡Fig. 5 Navigation trajectory of ship 1

圖6 船2 航跡Fig. 6 Navigation trajectory of ship 2

圖7 所示為以船1 為本船、船2 為目標(biāo)船時(shí)兩船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖。為了便于觀察本船是否危險(xiǎn)駛過，在圖7（a）中用紅線表示距本船船舶領(lǐng)域邊界的距離為0，紅線以上表示未有危險(xiǎn)駛過場景，而紅線上和紅線以下表示出現(xiàn)危險(xiǎn)駛過場景，黑色箭頭表示時(shí)刻。

圖7 兩船會(huì)遇的運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖（船1 為本船，船2 為目標(biāo)船）Fig. 7 Motion parameters of two encountering ships (own ship—ship 1, target ship—ship 2)

由圖5 和圖7可見：起始時(shí)刻的目標(biāo)船（船2）與本船（船1）的船舶領(lǐng)域相距約4 000 m，此后本船航速增大，并開始轉(zhuǎn)向直至航向約為290°時(shí)保持航向不變；目標(biāo)船航速持續(xù)增大，航向變化較小，兩船持續(xù)靠近。在17：36 時(shí)刻，本船（船1）未發(fā)生危險(xiǎn)駛過，在17：37 至17：45 時(shí)刻，本船（船1）處于危險(xiǎn)駛過場景，而在17：46 時(shí)刻，目標(biāo)船（船2）已離開本船（船1）的船舶領(lǐng)域，此次危險(xiǎn)駛過結(jié)束。因此，此次危險(xiǎn)駛過的起始時(shí)刻為17：37，結(jié)束時(shí)刻為17：45，持續(xù)時(shí)間在17：37 至17：45 之間，即8 min（480 s）。

圖8 所示以船2 為本船、船1 為目標(biāo)船時(shí)的兩船運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖。由于兩船尺度（船1 為278 m，船2 為208 m）不同，此時(shí)，本船尺度較小，其所屬船舶領(lǐng)域也就較小，發(fā)生危險(xiǎn)駛過的時(shí)間與目標(biāo)船也不盡相同。

由圖8（a）可見：此次危險(xiǎn)駛過的起始時(shí)刻為17：37，結(jié)束時(shí)刻為17：42，因此，此次危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間在17：37 至17：42 之間，即5 min（300 s）。

圖8 兩船會(huì)遇的運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖（船2 為本船，船1 為目標(biāo)船）Fig. 8 Motion parameters of two encountering ships (own ship—ship 2, target ship—ship 1)

以研究海域內(nèi)航行的3 艘貨船會(huì)遇為例，包括1 艘本船（船1，MMSI 為636 091 155）與2 艘目標(biāo)船（MMSI 分別為30 400 800 和255 805 584，船長分別為208 和221 m），利用式（13）～式（15）計(jì)算本船發(fā)生的各次危險(xiǎn)駛過時(shí)間、持續(xù)時(shí)間及其平均持續(xù)時(shí)間等，結(jié)果如表2所示。

表2 案例研究中的船舶發(fā)生危險(xiǎn)駛過次數(shù)和持續(xù)時(shí)間Table 2 Statistics of near-miss frequency and duration for encountering ships in case study

由上文可知，船舶的尺度不同，其船舶領(lǐng)域大小不同，發(fā)生危險(xiǎn)駛過的條件及持續(xù)時(shí)間也就不盡相同。表2 結(jié)果證明了本文所提船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間計(jì)算模型可以有效計(jì)算各尺度船舶的危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間、總持續(xù)時(shí)間及平均持續(xù)時(shí)間。

2.2 渤海海域船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間的特征分析

本文研究選取的2017 年1 月渤海海域AIS數(shù)據(jù)共包括1 730 286條，涉及了4 497 艘船舶，其船舶類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)如圖9 所示。

圖9 渤海海域2017 年1 月各類型船舶AIS 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Fig. 9 Statistics of various types of ship navigated in the Bohai Sea area based on AIS data (Jan. 2017)

由于商船（包括貨船、油船、客船）與拖輪等船舶之間的協(xié)同作業(yè)可能被誤認(rèn)為是危險(xiǎn)駛過或發(fā)生碰撞，且漁船拖網(wǎng)、圍網(wǎng)等也需要協(xié)同作業(yè)，導(dǎo)致漁船航行行為具有一定的特殊性，因此，本文暫未考慮漁船、拖輪等船舶的影響，而只選取了處于在航狀態(tài)的貨船、油船、客船進(jìn)行研究。

2.2.1 船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間與船舶類型的關(guān)系

本文根據(jù)選取的AIS 數(shù)據(jù)，從中篩選出在航狀態(tài)的AIS 數(shù)據(jù)共計(jì)810 217 條，經(jīng)過分段后，獲取了17 797 條航跡，共2 571 艘船舶（其中，貨船2 224 艘，油船333 艘，客船14 艘）的信息。

首先，以研究海域內(nèi)航行的貨船、油船、客船作為研究對象，統(tǒng)計(jì)發(fā)生過危險(xiǎn)駛過的船舶數(shù)量，如表3 所示。然后，統(tǒng)計(jì)這3 種類型船舶發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及總持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算危險(xiǎn)駛過平均持續(xù)時(shí)間，如表4 所示。由表可見，該水域中貨船數(shù)量最多，發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)也最多。

表3 研究海域內(nèi)發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的船舶數(shù)量Table 3 Statistics of various types of ship encountered nearmiss in the research sea area

表4 各類型船舶發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)及持續(xù)時(shí)間Table 4 Statistics of near-miss frequency and duration for various types of ship

將上述表中選取的3 種類型船舶作為本船，計(jì)算船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及總持續(xù)時(shí)間，并按照船舶類型統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到油船?油船、貨船?油船、貨船?貨船、油船?貨船、貨船?客船、客船?貨船這6 種場景下的危險(xiǎn)駛過次數(shù)、總持續(xù)時(shí)間Tnear?miss和 平均持續(xù)時(shí)間Tnear?miss，結(jié)果如表5 所示。

表5 不同會(huì)遇場景下船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)與持續(xù)時(shí)間Table 5 Statistics of near-miss frequency and duration for ships in the encountering situations

由表5 可見：

1） 油船?油船發(fā)生危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間最長，貨船?油船發(fā)生危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間相比油船?油船縮短了約100 s。

2） 通過比較貨船?油船、貨船?貨船、貨船?客船發(fā)生危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)這3 種場景下危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間相差較小，其中，貨船?油船和貨船?客船場景危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間相差相對較大，但也僅為37.14 s，而貨船與貨船、油船、客船發(fā)生危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間均相對集中。

3） 通過比較貨船?客船、客船?貨船這兩個(gè)場景，危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間及次數(shù)均較少。由于客船安全性要求高，無論是作為本船還是目標(biāo)船，都需保證有足夠的安全距離以確保安全，因此客船發(fā)生危險(xiǎn)駛過次數(shù)較少，持續(xù)時(shí)間也較短。

2.2.2 船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間與船舶尺度的關(guān)系

除船舶類型外，船舶尺度也是影響船舶航行安全的重要因素。為了分析船舶尺度對船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間Tin的影響，利用K-means 算法對船舶尺度進(jìn)行聚類，按照船舶尺度統(tǒng)計(jì)船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間，得到它們之間的關(guān)系。圖10 給出了研究海域內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)駛過的各尺度船舶數(shù)量。

圖10 研究海域內(nèi)發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的各尺度船舶數(shù)量Fig. 10 Numbers of various sizes of ship involved in near-miss situations in the research sea area

由圖10 可見，發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的船舶中190～200 m 之間的數(shù)量最多，其次是220～230 m 和290～300 m 的船舶，均超過25 艘。對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-means 聚類，按照船舶尺度將船舶分為3 類，聚類得到的船舶尺度區(qū)間和船舶數(shù)量，結(jié)果如表6所示。由表6 可見，研究海域內(nèi)的中型船數(shù)量最多，小型船數(shù)量最少。

表6 船舶尺度聚類結(jié)果Table 6 Ship length clustering results

根據(jù)表6 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算各尺度船舶發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)、總持續(xù)時(shí)間和平均持續(xù)時(shí)間，結(jié)果如表7 所示。由表7 可見，研究海域內(nèi)大型船舶發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)最多，平均持續(xù)時(shí)間最長，小型船舶發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)最少，中型船舶危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間最短。

表7 研究海域內(nèi)不同尺度船舶危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及持續(xù)時(shí)間Table 7 Statistics of near-miss frequency and duration for various sizes of ship in the research sea area

將選定的船舶分別作為本船和目標(biāo)船，統(tǒng)計(jì)它們發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及總持續(xù)時(shí)間，并按照船舶尺度統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各場景下發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)、總持續(xù)時(shí)間及平均持續(xù)時(shí)間，結(jié)果如表8 所示。

由表8 可見：

在研究海域內(nèi)各類船舶發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)及平均持續(xù)時(shí)間均存在明顯差異。其中，大型船?小型船的危險(xiǎn)駛過平均持續(xù)時(shí)間最長，中型船?大型船的危險(xiǎn)駛過平均持續(xù)時(shí)間最短，在這兩個(gè)場景下發(fā)生危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間相差約220 s；大型船?中型船的船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)最多（97 次），小型船?大型船的船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)僅1 次，兩類場景危險(xiǎn)駛過次數(shù)相差96 次。

中型船?小型船、小型船?中型船、小型船?小型船的船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間相差較小，平均持續(xù)時(shí)間相差不超過11 s，但危險(xiǎn)駛過次數(shù)相差較大，且均不少于35 次。

船間危險(xiǎn)駛過平均持續(xù)時(shí)間最長的3 個(gè)場景分別為大型船?小型船、大型船?中型船、大型船?大型船；危險(xiǎn)駛過平均持續(xù)時(shí)間最短的3 個(gè)場景分別為中型船?大型船、小型船?大型船、中型船?中型船。危險(xiǎn)駛過次數(shù)最多的3 個(gè)場景分別為大型船?中型船、大型船?小型船、中型船?小型船；而次數(shù)最少的3 個(gè)場景分別為小型船?大型船、小型船?中型船、中型船?大型船。

表8 不同尺度船舶及會(huì)遇場景下危險(xiǎn)駛過次數(shù)與持續(xù)時(shí)間Table 8 Statistics of near-miss frequency and duration for various sizes of ship in the encountering situations

通過比較大型船?小型船、大型船?中型船、大型船?大型船、中型船?小型船這4 個(gè)場景可以發(fā)現(xiàn)：

1） 當(dāng)本船尺度大于目標(biāo)船時(shí)，船間危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間偏高，次數(shù)較多。

2） 當(dāng)本船為大型船、目標(biāo)船為小型船時(shí)，船間危險(xiǎn)駛過的平均持續(xù)時(shí)間明顯長于其他場景，次數(shù)也較多。

3） 當(dāng)本船尺度大于目標(biāo)船（本船船舶領(lǐng)域較大）及目標(biāo)船侵入本船的船舶領(lǐng)域時(shí)，雖然本船未侵入目標(biāo)船的船舶領(lǐng)域，但此時(shí)是本船而不是目標(biāo)船處于船間危險(xiǎn)駛過狀態(tài)。此外，尺度較大的船舶通常操縱性較差，很難快速駛離目標(biāo)船的船舶領(lǐng)域，而目標(biāo)船會(huì)認(rèn)為當(dāng)前尚未出現(xiàn)較高危險(xiǎn)駛過的風(fēng)險(xiǎn)，未及時(shí)開始避讓操縱。因此，在上述場景下船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)較多，持續(xù)時(shí)間也偏長。

通過比較小型船?大型船、小型船?中型船、中型船?大型船這3 種場景可以發(fā)現(xiàn)：

1） 當(dāng)本船尺度小于目標(biāo)船時(shí)，船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)較少且平均持續(xù)時(shí)間較短。

2） 當(dāng)目標(biāo)船尺度大于本船時(shí)，由于目標(biāo)船的船舶領(lǐng)域較大、操縱性較差，通常會(huì)較早地開始避讓，以與本船保持一定的安全距離。而且，即使發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過，駕駛員一般也會(huì)通過頻繁的操縱以盡快脫離危險(xiǎn)駛過的狀態(tài)。因此，上述場景的船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)較少，持續(xù)時(shí)間短。

通過上述對比分析，可見在研究海域內(nèi)發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的船舶中，若本船尺度比目標(biāo)船大時(shí)，船舶領(lǐng)域較大，操縱性相對較差，發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)也就較多且持續(xù)時(shí)間較長；若本船尺度比目標(biāo)船小時(shí)，船舶領(lǐng)域較小，操縱性相對較好，發(fā)生危險(xiǎn)駛過的次數(shù)也就較少且持續(xù)時(shí)間偏短。

3 結(jié) 語

綜上所述，船間危險(xiǎn)駛過次數(shù)越多風(fēng)險(xiǎn)越高，其持續(xù)時(shí)間與船舶交通風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。本文利用藤井船舶領(lǐng)域模型判定危險(xiǎn)駛過場景，定義了單次船間危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間，建立了船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間計(jì)算模型。為了利用渤海的AIS 數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型的有效性，選取了貨船、油船、客船作為研究對象，按船舶類型及船舶尺度分別統(tǒng)計(jì)渤海海域發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間、總持續(xù)時(shí)間，并計(jì)算了平均持續(xù)時(shí)間，分析了危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間與船舶類型、船舶尺度的關(guān)系，總結(jié)了在此研究海域發(fā)生的船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間的特征。

通過研究發(fā)現(xiàn)，在渤海海域，貨船間發(fā)生的危險(xiǎn)駛過次數(shù)最多，油船間發(fā)生危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間最長；貨船與各類船舶發(fā)生危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間相對集中；客船因?qū)Π踩砸蟾撸l(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)較少，且持續(xù)時(shí)間較短。此外，若本船尺度較大，發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)就較多，持續(xù)時(shí)間也較長；若本船尺度較小，發(fā)生船間危險(xiǎn)駛過的次數(shù)就較少，持續(xù)時(shí)間也偏短。

由于漁船、拖輪等船舶具有協(xié)同作業(yè)的特點(diǎn)，其協(xié)同作業(yè)行為可能會(huì)被誤認(rèn)為是船間危險(xiǎn)駛過，故未考慮此類船舶的影響。本文采樣頻率為每1 min 采樣一次，不同的采樣頻率可能會(huì)影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此對影響檢測結(jié)果的對比分析仍值得研究，也需要更多精確數(shù)據(jù)對所提模型進(jìn)行改進(jìn)。此外，包括更多的船間危險(xiǎn)駛過持續(xù)時(shí)間的特征及地理分布也值得進(jìn)一步研究?？傊疚难芯孔C明了所提模型能夠準(zhǔn)確計(jì)算船間危險(xiǎn)駛過的持續(xù)時(shí)間，可為從時(shí)間維度研究海上交通風(fēng)險(xiǎn)提供新的思路。