回歸分析理論在航道安全評價中的運用

張仲明+艾萬政+池弘福

【摘 要】 為減少船舶交通事故的發(fā)生，在研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎上，運用回歸分析理論建立數(shù)學模型，確立航道曲率半徑、航道寬度、航道浮標設置密度、航道水深與相對事故數(shù)之間的經(jīng)驗關系，為航道的維護和改造提供指導。研究結果表明，回歸分析理論應用于航道評價不但科學，而且具有較好的實用價值。

【關鍵詞】 回歸分析理論；通航安全；航道水深；航道寬度

0 引 言

相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大約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載體，要讓航道滿足船舶通航的要求，航道必須具備一定的水深條件、寬度條件和曲率條件。對于一條航道而言，如果水深不夠，船舶就會發(fā)生震動、航向穩(wěn)定性變差現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)擱淺事故；如果航道曲率半徑較小，船舶會出現(xiàn)岸吸、轉向困難、打橫等操縱問題；航道具有一定寬度，是船舶安全通航的必備條件之一。航道寬度通常包括航跡帶寬度、船間距離、風致漂移量、流致漂移量以及船岸距離等。如果航道寬度不夠，就容易發(fā)生船舶碰撞、觸岸等交通事故。

國內(nèi)外相關專家在理論分析、數(shù)值模擬和實船試驗的基礎上，對航道的水深條件、寬度條件、曲率半徑進行了探討，還針對這些條件提出具體的數(shù)學計算模型。譚箭[1]、楊志軍等[2]專家的研究成果對航道布置具有指導作用，有效保障了航道的通航安全。

雖然相關專家從宏觀上運用船舶操縱理論對航道的通航條件進行有益的探索，但是其研究也有不足之處，具體表現(xiàn)在：在分析航道通航條件時，往往只考慮所有航道的共性問題，而忽視了具體航道的具體水流條件、氣象條件等。事實上，不同航道的條件千差萬別（如橋區(qū)由于橋墩的存在，其水流條件與其他航道不同；有浪航道與無浪航道寬度存在區(qū)別等），因此不可能用同一數(shù)學模型確定不同航道的通航條件，同一數(shù)學模型也不可能將所有的航道因素都涵蓋進去。在決定航道條件時，如何綜合考慮具體的航道因素對船舶安全通航的影響，是一個值得探討的課題?；貧w分析理論能綜合考慮具體的各種航道各種因素對通航的影響，能較好地解決這一問題。

1 回歸分析理論的基本原理

回歸分析是利用觀測到的大量數(shù)據(jù)分析自變量與因變量之間相關的具體形式，確定其因果關系，并用數(shù)學模型來表現(xiàn)其具體關系。研究一個或多個隨機變量（y1，y2，…，yi）與另一些變量（x1，x2，…，xk）之間的關系的統(tǒng)計方法，又稱多重回歸分析。通常稱yi為因變量，xk為自變量?；貧w分析的主要內(nèi)容為：

（1）從一組數(shù)據(jù)出發(fā)，確定某些變量之間的定量關系式，即建立數(shù)學模型并估計其中的未知參數(shù)。估計參數(shù)的常用方法是最小二乘法。

（2）對這些關系式的可信程度進行檢驗。

（3）在許多自變量共同影響著一個因變量的關系中，判斷哪個（或哪些）自變量的影響是顯著的，哪個（或哪些）自變量的影響是不顯著的，并將影響顯著的自變量代入模型中；而剔除影響不顯著的變量，通常用逐步回歸、向前回歸和向后回歸等方法。

（4）利用所求的關系式對某一生產(chǎn)過程進行預測或控制。

將回歸分析理論應用到航道問題研究，就是從航道事故與航道水深、航道曲率、航道寬度數(shù)據(jù)中，挖掘出航道事故分別與航道水深、航道曲率、航道寬度之間的函數(shù)關系，以便進行航道的疏浚和優(yōu)化布置設計。

2 回歸理論在航道評價中的應用

2.1 航道曲率半徑對通航安全的影響

式（6）表明，在所研究的航道中，曲率半徑與相對事故數(shù)呈反比例關系。要想減少所研究航道的事故數(shù)，航道的曲率半徑越大越好。因此，航道的改造應盡量擴大曲率半徑。同樣，也可用式（6）對所統(tǒng)計航道進行疏浚或改造。例如，在航道改造時，如果希望某航道的相對交通事故控制在0.8范圍內(nèi)，則根據(jù)式（6）可知，該航段的曲率半徑最好大于5 860 m。

2.2 航道寬度對通航安全的影響

航道寬度對保證船舶航行安全有著重要的作用。某航道一年以來在100 km航段上的事故統(tǒng)計資料見表2。 在表2中， ke為相對事故數(shù)， 即相對航道寬度（相對航道寬度=航道寬度Bc / 船舶寬度Bs，Bs取25 m）對航道事故數(shù)占100 km長航段上總事故的百分比。

2.4 航道水深對通航安全的影響

在航道深度與船舶吃水比很小的淺水航道上操縱船舶，顯然難度很大。因此，在評價航道吃水與交通事故的關系時，統(tǒng)計出交通事故數(shù)與H/d （H為航道水深，d為船舶吃水）的關系數(shù)據(jù)，借助這些關系數(shù)據(jù)，按照回歸分析法，得到相對交通事故數(shù)kd與H/d的某種關系。借助此關系，按照航道的改造要求，也可對航道水深條件進行疏浚。

3 結 語

回歸分析理論可用于研究航道曲率半徑、航道寬度、航道浮標設置密度、航道水深與相對交通事故數(shù)之間的經(jīng)驗關系。這些經(jīng)驗關系綜合考慮了船舶操縱性、氣象條件、船舶密度等各種因素對航道布置的影響，能較好地指導航道的疏浚和改造。

參考文獻：

[1] 譚箭.彎窄航道通航單船最大平面尺度的確定方法初探[J].水運科技信息，1998（6）：9-10.

[2] 楊志軍，艾萬政.具有彎曲特性河道上橋梁通航寬度的探討[J].水運工程，2007（3）：65-70.endprint