回归分析理论在航道安全评价中的运用

张仲明+艾万政+池弘福

【摘 要】 为减少船舶交通事故的发生，在研究统计数据的基础上，运用回归分析理论建立数学模型，确立航道曲率半径、航道宽度、航道浮标设置密度、航道水深与相对事故数之间的经验关系，为航道的维护和改造提供指导。研究结果表明，回归分析理论应用于航道评价不但科学，而且具有较好的实用价值。

【关键词】 回归分析理论；通航安全；航道水深；航道宽度

0 引 言

相关统计数据表明，大约10%～15%的交通事故是由航道缺陷所引起的。航道是船舶安全通航的载体，要让航道满足船舶通航的要求，航道必须具备一定的水深条件、宽度条件和曲率条件。对于一条航道而言，如果水深不够，船舶就会发生震动、航向稳定性变差现象，甚至出现搁浅事故；如果航道曲率半径较小，船舶会出现岸吸、转向困难、打横等操纵问题；航道具有一定宽度，是船舶安全通航的必备条件之一。航道宽度通常包括航迹带宽度、船间距离、风致漂移量、流致漂移量以及船岸距离等。如果航道宽度不够，就容易发生船舶碰撞、触岸等交通事故。

国内外相关专家在理论分析、数值模拟和实船试验的基础上，对航道的水深条件、宽度条件、曲率半径进行了探讨，还针对这些条件提出具体的数学计算模型。谭箭[1]、杨志军等[2]专家的研究成果对航道布置具有指导作用，有效保障了航道的通航安全。

虽然相关专家从宏观上运用船舶操纵理论对航道的通航条件进行有益的探索，但是其研究也有不足之处，具体表现在：在分析航道通航条件时，往往只考虑所有航道的共性问题，而忽视了具体航道的具体水流条件、气象条件等。事实上，不同航道的条件千差万别（如桥区由于桥墩的存在，其水流条件与其他航道不同；有浪航道与无浪航道宽度存在区别等），因此不可能用同一数学模型确定不同航道的通航条件，同一数学模型也不可能将所有的航道因素都涵盖进去。在决定航道条件时，如何综合考虑具体的航道因素对船舶安全通航的影响，是一个值得探讨的课题。回归分析理论能综合考虑具体的各种航道各种因素对通航的影响，能较好地解决这一问题。

1 回归分析理论的基本原理

回归分析是利用观测到的大量数据分析自变量与因变量之间相关的具体形式，确定其因果关系，并用数学模型来表现其具体关系。研究一个或多个随机变量（y1，y2，…，yi）与另一些变量（x1，x2，…，xk）之间的关系的统计方法，又称多重回归分析。通常称yi为因变量，xk为自变量。回归分析的主要内容为：

（1）从一组数据出发，确定某些变量之间的定量关系式，即建立数学模型并估计其中的未知参数。估计参数的常用方法是最小二乘法。

（2）对这些关系式的可信程度进行检验。

（3）在许多自变量共同影响着一个因变量的关系中，判断哪个（或哪些）自变量的影响是显著的，哪个（或哪些）自变量的影响是不显著的，并将影响显著的自变量代入模型中；而剔除影响不显著的变量，通常用逐步回归、向前回归和向后回归等方法。

（4）利用所求的关系式对某一生产过程进行预测或控制。

将回归分析理论应用到航道问题研究，就是从航道事故与航道水深、航道曲率、航道宽度数据中，挖掘出航道事故分别与航道水深、航道曲率、航道宽度之间的函数关系，以便进行航道的疏浚和优化布置设计。

2 回归理论在航道评价中的应用

2.1 航道曲率半径对通航安全的影响

式（6）表明，在所研究的航道中，曲率半径与相对事故数呈反比例关系。要想减少所研究航道的事故数，航道的曲率半径越大越好。因此，航道的改造应尽量扩大曲率半径。同样，也可用式（6）对所统计航道进行疏浚或改造。例如，在航道改造时，如果希望某航道的相对交通事故控制在0.8范围内，则根据式（6）可知，该航段的曲率半径最好大于5 860 m。

2.2 航道宽度对通航安全的影响

航道宽度对保证船舶航行安全有着重要的作用。某航道一年以来在100 km航段上的事故统计资料见表2。 在表2中， ke为相对事故数， 即相对航道宽度（相对航道宽度=航道宽度Bc / 船舶宽度Bs，Bs取25 m）对航道事故数占100 km长航段上总事故的百分比。

2.4 航道水深对通航安全的影响

在航道深度与船舶吃水比很小的浅水航道上操纵船舶，显然难度很大。因此，在评价航道吃水与交通事故的关系时，统计出交通事故数与H/d （H为航道水深，d为船舶吃水）的关系数据，借助这些关系数据，按照回归分析法，得到相对交通事故数kd与H/d的某种关系。借助此关系，按照航道的改造要求，也可对航道水深条件进行疏浚。

3 结 语

回归分析理论可用于研究航道曲率半径、航道宽度、航道浮标设置密度、航道水深与相对交通事故数之间的经验关系。这些经验关系综合考虑了船舶操纵性、气象条件、船舶密度等各种因素对航道布置的影响，能较好地指导航道的疏浚和改造。

参考文献：

[1] 谭箭.弯窄航道通航单船最大平面尺度的确定方法初探[J].水运科技信息，1998（6）：9-10.

[2] 杨志军，艾万政.具有弯曲特性河道上桥梁通航宽度的探讨[J].水运工程，2007（3）：65-70.endprint