[發(fā)明專利]基于航線匹配的船舶點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間估算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310449277.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN103531043A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁山;畢方全;譚覓;王德軍;蔣明貴;甘少君;聞光華;何波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);長(zhǎng)江重慶航道局
• 主分類號(hào): G08G3/00
• 分類號(hào): G08G3/00
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字化航道技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶航行時(shí)間估算方法。

背景技術(shù)

在內(nèi)河航道的一些彎曲狹窄的河段，通過設(shè)置通行信號(hào)標(biāo)、鳴笛標(biāo)、界限標(biāo)和通行信號(hào)臺(tái)等對(duì)船舶實(shí)施通行控制，船舶根據(jù)信號(hào)臺(tái)的通行信號(hào)進(jìn)行單向、有序通行。目前信號(hào)臺(tái)的通行指揮主要依靠人工指揮或基于AIS和/或雷達(dá)等的智能指揮系統(tǒng)等方式，根據(jù)船位，船速等進(jìn)行判斷，分別通過估算或計(jì)算船舶從上指揮斷面和下指揮斷面到達(dá)控制河段上界限標(biāo)的時(shí)間作為主要判定依據(jù)之一，確定船舶的上下行通行順序，指揮船舶通行。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)（估算）船舶到達(dá)控制河段上界限標(biāo)時(shí)間是人工指揮及基于AIS和/或雷達(dá)等的智能指揮系統(tǒng)進(jìn)行正確的信號(hào)揭示和指揮的關(guān)鍵。

目前，船舶從起點(diǎn)（當(dāng)前點(diǎn)）到達(dá)控制河段上界限標(biāo)的航行時(shí)間估算方法是：1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)；2）根據(jù)船舶的航向選擇船舶的參考航線，根據(jù)參考航線上各航段的距離求得船舶航行的航程，根據(jù)起始點(diǎn)船舶的實(shí)際航速（對(duì)地航速），兩者相除估算出所需航行時(shí)間。

因此，計(jì)算航行時(shí)間的關(guān)鍵是確定船舶航行航線和對(duì)地航速，但受自然、人為等因素的影響，航行航線不同，不同航程對(duì)應(yīng)的對(duì)地速度也不同。

目前，控制河段通行信號(hào)智能指揮系統(tǒng)對(duì)于船舶航程的計(jì)算采用的是將控制河段分為若干段，如將控制河段分為三段，并將ab段，bc段，cd段的航段距離作為已知量保存在數(shù)據(jù)庫中，以加快計(jì)算速度。當(dāng)任意船舶到達(dá)上預(yù)留區(qū)域s點(diǎn)，要計(jì)算s與d點(diǎn)的航程，首先計(jì)算s與a的直線距離sa，然后代入已知的a與b點(diǎn)距離ab，b與c點(diǎn)距離bc，c與d點(diǎn)距離cd，則s與d點(diǎn)的距離為sa+ab+bc+cd；再以s點(diǎn)處船舶的對(duì)地航速，兩者相除計(jì)算得到s點(diǎn)到d點(diǎn)的航行時(shí)間。

該方法假定上下水船舶沿同一條固定航線航行，以計(jì)算起點(diǎn)的速度航行。但是船舶在實(shí)際航行過程中，受航道寬度、水位、水流、船舶載貨量和動(dòng)力以及船員操作等因素的影響，如，同一時(shí)期或水位，不同的上水船舶的上水航行軌跡（航跡）和對(duì)地速度是不完全相同的；同一船舶在不同時(shí)期或水位，上水航行軌跡（航跡）和對(duì)地速度也不盡相同；且因控制河段曲折、水流湍急、流態(tài)紊亂，導(dǎo)致同一時(shí)期或水位，同一船舶在各個(gè)航段的實(shí)時(shí)對(duì)地航速也各不相同。因此，利用同一條固定航線和以起始點(diǎn)某一固定的實(shí)時(shí)對(duì)地速度來計(jì)算上水船舶到達(dá)控制河段上界限標(biāo)的時(shí)間是極為不精確的，所獲得的航行時(shí)間不能為控制河段通行信號(hào)智能指揮系統(tǒng)的精確通行指揮提供可靠依據(jù)。

而對(duì)于大洋航行的船舶來說，一般采用橢球面上恒向線航法：

已知起點(diǎn)坐標(biāo)（λ₁）和以及到達(dá)點(diǎn)坐標(biāo)（λ₂），求航程的公式為：

S=△LsecC；(適用于航向接近南北方向時(shí))

（適用于航向接近東西方向時(shí)）

其他方法如，恒向線航法，大圓航法，中分緯度航法和墨卡托航法等均以平面三角和球面三角的解算為基礎(chǔ)。

以上提到的航法主要適用于大洋航行船舶，對(duì)于內(nèi)河船舶而言，有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：首先，內(nèi)河航道的航行條件復(fù)雜，航線、對(duì)地航速、對(duì)地航向等的選擇均由船長(zhǎng)根據(jù)實(shí)時(shí)水流及環(huán)境條件決定；其次，從估算起始點(diǎn)到控制河段上界限標(biāo)的航程通常在幾公里長(zhǎng)，內(nèi)河船舶對(duì)航行時(shí)間、航程計(jì)算的精確性要求更高。因此，將大洋航行船舶的航程計(jì)算方式用于內(nèi)河船舶也是不合適的。

綜上可知，點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間的計(jì)算關(guān)鍵是對(duì)地航速和航線的確定。不同的航線，航程不同，對(duì)地航速不同，那么航行時(shí)間也就不同。因此，只有當(dāng)選定的航線與船舶實(shí)際航行航線（航跡）相同或接近時(shí)，計(jì)算（估算）出的點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間才是有用的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于航線匹配的船舶點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間估算方法，能有效提高船舶點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間估算的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：

基于航線匹配的船舶點(diǎn)到點(diǎn)航行時(shí)間估算方法，包括如下步驟：

1）將包含起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的一段航道劃分為多個(gè)區(qū)域，將起點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)航線劃分為多個(gè)航段；

2）通過獲取該段航道通行船舶的航行信息并存入數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建該段航道的通行船舶歷史航線數(shù)據(jù)庫,所述航行信息包括日期、MMSI識(shí)別碼、航行航向、經(jīng)緯度、水位、對(duì)地航速、航段、航程、流速、載重和船型；并在數(shù)據(jù)庫中預(yù)存參考航線；

3）通過AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和/或雷達(dá)，檢測(cè)船舶是否進(jìn)入匹配區(qū)域；