Analysis and modeling of maritime traffic and ship collision in the strait of İstanbul based on automatic vessel tracking system

Abstract

Bu tez, dar suyollarında kullanılabilecek olan denizcilik geometrik çatışma olasılığı modelini anlatmaktadır. Geometrik çatışma olasılığı modeli, rota temelli modeller yerine, genişletilmiş ve alansal dağılımlı deniz trafiği kullanılarak uygulanmıştır. Model, çatışma bakımından en yüksek olasılıklı noktaları alansal sunum olarak bulmaktadır. Çalışma, otomatik gemi takip verisi kullanılarak İstanbul Boğazı'na uygulanmıştır. Sonuçlar, geçmiş kazalar ve teorik çalışmalar ile uyumluluk göstermektedir. Çalışmanın amacı, geometrik çatışma olasılığının niceliğini belirtmek ve sonuçları olasılık haritası üzerinde sunmaktır. Uzun süreli deniz trafiği verisi incelenmiş ve SQL kullanılarak, analizlere uygun hale getirilmiştir. Büyük verileri yönetebilmek için örgü temelli analiz metodu kullanılmıştır. Geometrik çatışma olasılığı metodu, analiz çıktıları kullanılarak uygulanmıştır. Çalışmanın iki ana bölümü vardır. Birincisi, detaylı deniz trafiği analizi ve modelleme çalışması, ikincisi ise geometrik çatışma modelinin uygulanmasıdır. Deniz trafiği analizi, otomatik gemi takip sistemi verisi üzerinden yapılmıştır. Analizler sonucunda Boğaz'daki gemi karakteristikleri, navigasyon şekilleri ve trafik yoğunlukları verilmiştir. Analizler kaptanların Boğaz boyunca ilerleme yönlerine göre tercih ettikleri rotaları ve hızlarını göstermektedir. Kuzey girişli gemiler, diğer yönlere oranla daha hızlı gitme eğilimindedirler. Bir başka önemli bulgu da, net yük transferinin kuzeyden güneye doğru olmasıdır. Geometrik çatışma modeli, Boğaz'ın olasılık haritasını alansal dağılım olarak vermektedir. Bu haritaya göre model, en yüksek çatışma olasılığını olan bölgeyi Sarıyer ve Umurbey (Sektör 10) ve en yüksek kaza olasılığı olan noktayı Kandilli ve Rumelihisarı (Sektör 5 içerisinde) arasında vermektedir.

This thesis describes a maritime geometric collision probability model which can be used in congested narrow waterways. Geometric collision probability model is extended and applied to a spatially distributed maritime traffic, rather than the route based models. It finds out the hotspots for the collision places on a spatial representation. Model is applied to the Strait of Istanbul with automatic vessel tracking data. Results of the model are in line with the past events and theoretical studies.The aim of the study is to quantify the geometric collision probability and represent the results on probability map. A long-term maritime traffic data is collected from February 2014 to August 2016. The data is parsed and stored in a SQL database system. Size of the database is 94 gigabyte. Grid based analysis method is used for the big data management. Geometric collision method is applied with the output of this database. There are two main part of this study. One of them is the detailed analysis and modeling of maritime traffic. The other one is the geometric collision model application. Maritime traffic analysis is based on automatic vessel tracking data. Ship characteristics, navigation patterns and traffic densities along the Strait are given in the analysis. Analysis shows the captains route preferences along the Strait and speed according to their travel directions. North entry ships have a tendency to travel faster than the other directions. Also one more important finding is the net transfer of goods direction in the Strait is from north to south.Geometric collision model gives the probability map of the Strait in spatially distributed way. According to the model the highest collision probable sector is between Sarıyer and Umurbey (Sector 10) and the highest probability is found between Kandilli and Rumelihisarı (inside the Sector 5).