[发明专利]一种考虑船舶舵效的内河航道船舶交通流的基本图模型

说明书

本发明公开了一种考虑船舶舵效的内河航道船舶交通流的基本图模型，属于船舶交通流技术领域。该模型首先考虑船舶舵效，提出最低航速特征变量；修正阻塞密度特征变量，定义为最大密度，并通过推导最小船头间距给出计算方法；再参考车辆交通流，确定船舶交通流的临界条件；最后根据船舶速度—间距关系推导船舶交通流速度—密度关系，得到船舶交通流基本图模型，并给出各特征变量的计算方法。本发明提出的适用于内河船舶的交通流基本图模型，既兼顾了交通流基本图模型的普遍规律，又具有内河船舶交通流自身特点，其成果有助于交通流理论的发展。

技术领域

本发明涉及一种考虑船舶舵效的内河航道船舶交通流的基本图模型，属于船舶交通流技术领域。

背景技术

近年来内河水运需求旺盛，船舶大型化以及运输向干线航道聚集效应显著，局部航段和局部时段出现了较为严重的船舶拥挤现象，凸显了局部航道通过能力相对交通需求不足的矛盾。为了有效地缓解航道拥挤，合理地组织船舶交通，迫切需要掌握内河航道船舶交通流的基本特性，尤其是船舶交通流的基本图。

以往涉及船舶交通流基本图的研究，往往直接采用车辆交通流的基本图模型对船舶交通流速度、密度和流量关系进行拟合，比较常见的有Greenshields提出的速度—密度关系线性模型，Greenberg提出的速度—密度关系对数模型和Underwood提出的速度—密度关系指数模型。这些模型的表达式中涉及到交通流的特征变量：最大流量q_m，临界速度v_m，最佳密度k_m，阻塞密度k_j，畅行速度v_f。其中，阻塞密度k_j定义为车流密集到车辆无法移动时的密度，但这一定义并不适用于船舶交通流。对于船舶交通流，与车辆行驶时速度可以降为零不同，船舶正常航行时为保持舵效，其最低航速不会降为零，因此有必要对船舶交通流的特征变量进行重新定义。那么，直接将车辆交通流的基本图模型应用到船舶交通流的研究中则是不合适的，需要一种适合船舶交通流的基本图模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过理论分析提供一种考虑船舶舵效的内河航道船舶交通流的基本图模型，推动内河航道船舶交通流的研究。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑船舶舵效的内河航道船舶交通流基本图模型，该方法包括如下步骤：

S1、考虑船舶舵效，提出最低航速特征变量，该特征变量为v_min；

S2、修正阻塞密度特征变量，定义为最大密度，最大密度表达式如下：

k_max＝1000/s_min (1)

式中：k_max为最大密度(艘·km^-1)；s_min为最小船头间距(m)；L₀为船长(m)；μ为反应距离与安全间距的比值，上限取42％；

S3、确定船舶交通流的临界条件为：k＝k_max，v＝v_min；k＝0，v＝v_f；k＝k_m，v＝v_m；

其中，k为船舶交通流密度(艘·km^-1)；v为船舶交通流速度(km·h^-1)；v_f为畅行速度，即密度趋于零，船舶可以畅行无阻时的平均速度；k_m为最佳密度，即流量达到最大时的密度；v_m为临界速度，即流量达到极大时的速度；