基于神经网络的海事预警分析.docx

《基于神经网络的海事预警分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于神经网络的海事预警分析.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于神经网络的海事预警分析

基于神经网络的海事预警分析

[摘要]海上交通运输作为人类社会必不可少的基础部门，除了带给人们极大便利之处，还可能给公众带来安全风险。

近些年我国各水域交通事故时有发生，本文将建立基于对向传播网络（CPN）的预警模型，并利用渤海水域客滚船的数据及Matlab软件对模型进行验证、分析，从而能提前发现水上交通事故的诱因，提前发出海事预警使船只能规避即将到来的危险，及事故发生之时尽量减少事故造成的损失。

[关键词]海事预警对向传播网络

StudyonEarlyWarningforMaritimebasedonneuralnetwork

[Abstract]Maritimetransportasanessentialfoundationofhumansocietysector,Inadditiontobringinggreatconvenienceofthepeople,butalsotogivethepublicasecurityrisk.Inrecentyearsourvariouswatersaccidentsoccurfrequently,thisarticlewillbuildbasedonthepropagationnetwork（CPN）earlywarningmodelandusethewatersoftheBohaiSeaPassengerShipdataandMatlabsoftwareformodelvalidation,analysis,andthusabletofindwaterinadvanceaccidentsincentivetoissueadvancewarningsothattheboatcanonlycircumventtheMarineupcomingdanger,andtominimizelossescausedbytheaccidentatthetimetheaccidentoccurred.

[Keywords]MaritimeEarlyWarningCPN

目录

引言1

第一章绪论1

1.1选题背景1

1.2当前国内外研究现状1

1.3本文的研究方法2

2.1预警的含义3

2.2预警各要素的含义3

第三章警源分析4

3.1自然环境警源4

3.2其他方面警源5

第四章海事预警指标体系的建立6

4.1海事预警指标体系的构建6

4.2定量指标的处理6

4.3定性指标的处理7

4.4海事预警警级设定7

第五章基于对向传播网络（CPN）的海事预警模型8

5.1对向传播网络（CPN）概述8

5.2基于对向传播网络（CPN）的海事预警模型的建立10

5.2.1CPN预警模型的确定11

5.2.2基于对向传播网络（CPN）的海事预警模型的MATLAB仿真11

5.3以客滚船为例的验证分析12

5.3.1客滚船CPN预警模型的回想（测试）13

致谢语17

【参考文献】18

附录19

引言

现如今水上交通作为我国经济发展的一大途径，其安全问题尤其受到关注，海事预警在国内的发展并不理想，因此每年损失财物较大。

而本文将利用对向传播网络建立海事预警的模型，对造成海事的各方面警源进行分析，处理数据，代入模型，从而得出海事预警警级，减少海事造成的人员伤亡及财物损失。

第一章绪论

1.1选题背景

安全作为水上交通永恒的话题一直受到人们的关注，我国水上交通安全的主管机关对水上交通安全更是高度重视，为了加强对重点水域的安全监管，先后提出了“四区一线”（渤海湾水域、舟山水域、琼州海峡、西南山区及长江干线等）和“四客一危”（客滚船、客渡船、高速客船、旅游船和危险化学品运输船等），以便提高重点水域、重点船舶的安全形势与水平。

1.2当前国内外研究现状

国外对危机预警的研究最早可以追溯到二战期间，当时各国都为了应付战争可能出现的各种社会问题，对社会现象展开预测，并作了大量、广泛、深入地研究，其中以军事预警理论的成效最为明显，即使在今天仍具有重要的参考价值。

但这一时期的研究主要以军事为主，在研究领域上还存在很大的局限性。

但二战后，随着西方学术界对危机管理研究的深入，危机预警方面的研究成果也逐渐增多。

我国对危机预警的研究可以追溯到80年代初，当时的研究基本局限在对自然灾害问题、军事问题和宏观经济问题的研究[1]。

进入90年代以后，危机预警方面的研究仍以自然灾害和经济问题为主，但对社会安全问题的研究明显增多，并逐渐从定性研究向定量研究转变。

1.3本文的研究方法

本文主要是运用定量研究与定性研究相结合的研究方法。

按照预警研究“明确警义、寻找警源、分析警素、探讨警级”的思路，结合本文研究的实际情况，通过对警源的定性分析，构建定性与定量指标相结合的警素—海事预警指标体系，之后建立基于对向传播网络（CPN）的预警模型，再运用大量样本数据进行学习，最终得到符合要求的海事预警CPN模型，实现从总体上进行海事预警，而不是仅是考虑单个因素。

第二章预警理论综述

2.1预警的含义

预警一词，最早源于军事。

在战争中，一方为了预防另一方的突然袭击，往往对敌方的军事动态进行侦察，掌握敌方的军事信息，当发现敌方有进攻的迹象时，便通过分析所掌握的敌方信息，判断其威胁程度，根据其威胁程度来确定警戒的级别，并据此确定战备的等级，以应对敌军的进攻，避免或减少由于仓促应战而造成的损失。

我国古代的烽火台，可以说是古代的一种预警方式，边防人员发现敌人来犯，就点燃烟火，后边的军民看到烟火，知道敌人来犯，就可以立即进入战备状态，以应对来犯之敌。

现代军事技术的发展，使得预警的技术更加先进，各种预警雷达、预警飞机、侦察卫星的应用，使得预警能力大为提高、预警的作用更加显著。

但是，今天预警不在仅仅限于军事领域，其应用范围扩大到经济、政治、文化、社会、自然灾害等许多领域[2]。

2.2预警各要素的含义

警义是指警情的含义。

明确警义也就是明确预警的对象[3]。

警源是警情产生的根源，是“火种”。

从生成机制来看，警源一般分成两大类:

一类是源于自然因素的警源，即自然警源;一类是源于人类社会活动带来的警源，即社会警源。

警素即反映警情的指标。

警级则衡量预警对象风险程度的尺度。

第三章警源分析

3.1自然环境警源

风是影响船舶航行安全的很重要的因素，如渤海是我国的内陆海，由于受陆地和水文影响较大，加上海深较浅，因而具有明显的季风季候特征。

冬季多盛行偏北风，夏季盛行东南风，海上风速一般比沿岸陆地的要大，并且离岸越远，风速越大。

冬半年以西北风和北风为主，东风次之。

夏半年，盛行南和东南风。

月平均风速在5.7-8.5m/s之间，冬大，夏小，春秋次之。

海浪是使船舶失速和危及船舶安全主要环境因素。

渤海海域风的特征和渤海的地理位置决定了渤海海域波浪分布的基本特征。

冬季盛行偏北向的风浪，夏季盛行偏南向的风浪。

由于渤海海浪的成长受到区域的限制，主要以风浪为主。

渤海风浪冬季最大，通常为3、4级。

其他季节一般都是2-3级。

遇有寒潮、台风、气旋影响时有较强的巨浪、大涌出现，最大可达6级浪。

如记H1/3为连续波列中波高较大的前三分之一个大波的波高平均值，那么有效波高就是H1/3。

而H1/10则是指十分之一个大波的波高平均值。

我国以H1/10的大小把波浪分级，分别称为无浪、微浪、小浪、轻浪、中浪、大浪、巨浪、狂浪、狂涛和怒涛。

波浪等级表如表3-1所示。

表3-1波浪等级表

波级名称波高（米）波级名称波高（米）

0无浪H1/10=05大浪3.0=

1微浪0

2小浪0.1=

3轻浪0.5=

4中浪1.5=

虽然随着电子信息技术的不断发展，大量电子助航设备不断涌现，但是能见

度的好坏对于船舶的安全航行还是有着重要的影响。

《国际海上避碰规则》在安全航速的描述中把能见度列在了首位。

根据国际惯例能见度等级划分为0-9级共10级，如表3-2所示[4]。

在雾、雨雪、雹等不良天气现象中，雾对能见度的影响最大。

大雾能使视距

降至几米的距离，而且持续时间较长。

具统计，船舶所发生的事故数与能见距离

呈指数关系，其回归方程为:

（3-1）

其中，K为船舶事故数，D为能见距离（km），当能见距离小于行安全有一定的影响，当能见距离降至lkm时，事故数急剧增大能见距离。

4km时，对航被视为危险的能见距离。

表3-2能见度等级表

等级

能见距离

nmileKm

能见度鉴定

海上可能出现的天气

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

<0.03<0.05

0.03-0.100.05-0.2

0.10-0.250.2-0.5

0.25-0.500.5-1.0

0.50-1.01.0-2.0

1.0-2.02.0-4.0

2.0-5.04.0-10.0

5.0-11.010.0-20.0

11--2720.0-50.0

>=27>=50

能见度低劣

能见度不良

能见度中等

能见度良好

浓雾

浓雾或暴雪

大雾或大雪

雾或中雪

轻雾或暴雨

雾或中雪

轻雾或暴雨

小雨、毛毛雨

无降水

空气澄明

3.2其他方面警源

海事预警机制同时还包括社会政治环境方面、船舶方面、人员素质方面、安全管理方面等方面。

其中船舶预警机制要考虑的因素包括船舶类型、船舶结构、船舶设备、船龄、船舶大小、航海图书资料。

人员素质方面包括船长的水平、高级船员水平、船员学历、专业技能、船员平均海龄。

安全管理方面包括安全管理规章制度、安全教育管理。

第四章海事预警指标体系的建立

4.1海事预警指标体系的构建

依据第三章所阐述的各方面的海事预警警源作为海事预警指标体系的指标。

本文构建的指标体系及性质如图表4-1所示。

表4-1海事预警指标体系及性质表

指标类型指标名称指标性质

 

海事预警警素

船长水平E11定性

高级船员水平E12定性

人员方面E1船员总体语言水平E13定性

船员专业技能水平E14定性

船员平均海龄E15定量

船舶总吨位E21定量

船舶长度E22定量

船舶设备E23定性

船舶方面E2船龄E24定量

航海图书资料E25定性

风E31定量

环境方面E3浪E32定量

能见度E33定量

安全管理规章制度E41定性

安全管理方面E4安全教育管理E42定性

4.2定量指标的处理

对于定量指标的无量纲化处理，常用的方法是规格化法，其处理方法为:

（4-1）

其中xmax为指标最大值，xmin为指标最小值。

该无量纲化的方法实质上是计算指标实际值与最小值之间的距离与该指标的全距的比值，其取值范围为[0,1]。

4.3定性指标的处理

结合实际评价中的情形，本文对定性指标的评价共分为五个等级，分别为“好”、“较好”、“中”、“较差”、“差”。

“较好”的评价标准介于“好”和“中”之间，“较差”的评价标准介于“中”和“差”之间。

这样本文定性指标的评价等级、标准就最终确定下来了，并将“好”、“