[發明專利]一種獲取海上船舶系統平均碰撞風險的方法

無效

• 申請號: 201310016286.8
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103106812A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 張建斌;李為;李文華;陳煉生;陳積明;黃習剛;劉月勝;曲義江;彭鵬飛;葛泉波;周夢婕
• 申請（專利權）人: 中華人民共和國深圳海事局;浙江大學
• 主分類號: G08G3/02
• 分類號: G08G3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種獲取海上船舶系統平均碰撞風險的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

（1）獲取一段時間的AIS數據：從船舶VTS系統中獲取一段時間的海上交通的標準AIS數據；提取以下字段的數據：mmsi、shipname、sog、cog、heading、lon、lat和f_update_time。

（2）從步驟1獲得的海上船舶AIS數據中提取某一采樣時刻各個船舶的航行數據。

（3）對步驟2獲得的數據進行層次聚類和劃分類別：提取步驟2中船舶數據，該數據是一個二維空間，由船舶的經度和緯度經過實際距離的換算得到，其換算是以零度經線和緯線的交點為假想的坐標軸原點，向東為正x方向，向北為正y方向。對換算過后的N艘船舶的一個采樣時刻的數據應用最短距離（歐氏距離）法聚類，得到大小為N的一個類，N為船舶數量。這個類是一個完整的分層樹，它反映的是船舶地理距離之間的關系，船舶之間按距離由近到遠聚成一類。然后用一個距離閾值d橫切聚類樹,這個值將截斷樹的若干個連接,屬于每個連接的船舶節點劃分為一個類。因此整個海上智能交通網絡被聚成若干類，記為{C₁,C₂,C₃,…,C_n}，其中，C_i是聚類劃分得到的類，i=1,2,…,n，n為自然數。每一個類中的船舶間地理距離不超過d。

（4）對步驟3中獲得的若干類，進行分層化簡：對步驟3中得到的類{C₁,C₂,C₃,…,C_n}，進行進一步的簡化。首先規定S_i代表海上智能交通網絡的第i層子系統，S_i,j為第i層子系統中的第j個系統。對類的分層化簡具體為：

（4.1）若C_i中只有一個節點，顯然該類中的船舶不構成碰撞系統，無需考慮。

（4.2）若C_i中只有兩個節點，若滿足0≤TCPA≤t₂（TCPA是最短會遇時間，t₂是注意時間），則作為第二層子系統S_2,j；反之，無需考慮；

（4.3）若C_i中節點數多于兩個，遍歷C_i中的兩兩節點對，篩選留下來滿足0≤TCPA≤t₂的節點對；如果無符合條件的節點對，那么無需考慮該類；反之，這些節點對整體作為第二層子系統S_2,j；如果節點對數超過1，那么還需進行下列簡化：

（4.3.1）記構成某個第二層子系統S_2,j中的相應節點對為第四層子系統S₄={S_4,1,S_4,2…S_4,k}，i=1；

（4.3.2）若j=1，X_i=S_4,j（X_i是中間變量）；反之，執行4.3.8；

（4.3.3）若j<k，j=j+1；

（4.3.4）若X_i=S_4,j∪X_i；

（4.3.5）重復步驟4.3.3和4.3.4；

（4.3.6）S₄=S₄-X_i,i=i+1；

（4.3.7）重復4.3.2～4.3.6；

（4.3.8）X_i中的所有節點對構成S_3,i

（4.3.9）返回該第二層系統S_2,j對應的第三層子系統S_3,1,S_3,2…；

（4.4）重復步驟4.1-4.3，遍歷所有類，最終得到整個海上智能交通網絡的層次劃分。第一層系統即為海上智能交通網絡，它包含若干個第二層子系統，每一個第二層子系統包含若干第三層子系統，每一個第三層子系統又由若干第四層子系統組成。

（5）對步驟4中獲得的每層子系統，計算其系統碰撞風險，具體包括以下步驟：（5.1）計算第四層子系統的風險：第四層子系統實際上是兩船避碰系統，計算第四層子系統中兩船各自碰撞危險度f_1→2（第1條船相對于第2條船的碰撞危險度）和f_2→1（第2條船對于第1條船的碰撞危險度）。記f₁₂是第1條船與第2條船構成的避碰系統的系統碰撞風險；f₁₂=αf_1→2+βf_2→1；其中，α和β分別是兩個危險度的權重，它們滿足α+β=1。α=f_1→2(f_1→2+f_2→1)，β=f_2→1(f_1→2+f_2→1)，則：

f12=f1→2f1→2+f2→1f1→2+f2→1f1→2+f2→1f2→1;]]>

以此計算第四層子系統碰撞風險，得到的第四層子系統風險依次記為f_4,i，i=1,2,…,m₄,其中，m₄是第四層子系統的個數。

（5.2）計算第三層子系統的風險：對5.1中獲得的第四層子系統風險，計算屬于相應的第二層子系統的第三層子系統風險。計算公式如下：

j=1,2,…,m₃，其中f_3,j是第j個三層子系統的風險，m₃是第三層子系統的個數，N_4,j是屬于第j個三層子系統的第四層子系統的個數。

（5.3）計算第二層子系統的風險：對5.2中獲得的第三層子系統風險，計算相應的第二層子系統的風險。計算公式如下：

j=1,2,…,m₂，其中f_2,j是第j個二層子系統的風險，m₂是第二層子系統的個數，N_3,j是屬于第j個二層子系統的第三層子系統的個數。

（5.4）計算第一層系統，即海上智能交通網絡的系統碰撞風險：對5.3中獲得的第二層子系統風險，計算第一層系統的風險f₁。計算公式如下：

其中m₂是第二層子系統的個數。

（6）根據結果判斷海上智能交通網絡的系統碰撞風險：f₁≥f時，認為整個海上智能交通網絡即時系統碰撞風險較大，f₁<f時，認為整個海上智能交通網絡的即時系統碰撞風險較小；其中，f為風險閾值。