[發(fā)明專利]一種基于AIS的船舶-航標(biāo)碰撞危險度估算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810822793.3
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108922247B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁山;畢方全;李庭軒;徐曉明;周孝羽;許根平;李明;王德軍;王新宇;吳朝昇
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G08G3/02
• 分類號: G08G3/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于AIS的船舶-航標(biāo)碰撞危險度估算方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：以某一航標(biāo)A為中心，獲取航標(biāo)A的位置信息和附近在航船舶的AIS信息；

S2：計算航標(biāo)A與在航船舶間的距離，篩選出滿足條件的航標(biāo)-船舶對，并根據(jù)篩選結(jié)果獲取對應(yīng)船舶的靜態(tài)信息；

S3：將航標(biāo)A的位置及船舶B的船位數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為大地平面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，以船舶B的當(dāng)前位置為坐標(biāo)原點；

S4：根據(jù)船舶B的AIS發(fā)送的靜態(tài)信息，建立船舶的特征點模型；所述模型以船舶B上定位設(shè)備天線安裝位置V₀相對于船舶B的安裝位置，同時結(jié)合船長、船寬信息，選取特征點V₁，V₂，V₃，V₄，V₅來描述船舶的形狀；進(jìn)一步結(jié)合船舶當(dāng)前船位和艏向，確定船舶在二維平面上的實際姿態(tài)，從而將傳統(tǒng)方法中船舶和航標(biāo)之間，點與點的相對位置關(guān)系轉(zhuǎn)化為一個面和點的相對位置關(guān)系；

S5：采用合適的預(yù)測算法，以T為預(yù)測周期，對船舶B當(dāng)前船位后船舶B在不同預(yù)測周期的船位和艏向，即，船舶B的定位設(shè)備天線安裝位置V₀和船舶外形特征點V₁至V₅六個特征點，在T，2T，3T，...處的預(yù)測的位置點，將這些點以一定的數(shù)學(xué)模型連線并結(jié)合艏向，即為船舶B各個特征點在當(dāng)前船位后的預(yù)測航跡；所述當(dāng)前船位為數(shù)據(jù)中心收到的船舶B的AIS發(fā)送的船位；

S6：依據(jù)船舶-航標(biāo)會遇模型，計算船舶B與航標(biāo)A的最近會遇距離；船舶B的特征點V₀的預(yù)測軌跡中，V₀與航標(biāo)A距離最近的位置即為會遇點X；分別計算航標(biāo)A當(dāng)前位置與預(yù)測的船舶B各特征點運行軌跡的垂直距離L₁，…，L₅，即航標(biāo)A與船舶B特征點的最近會遇距離，其中最小的最近會遇距離記為L_a，最大的最近會遇距離記為L_b；

S7：計算船舶B抵達(dá)到會遇點X所需的行駛距離；根據(jù)各特征點在當(dāng)前時刻后不同時間段內(nèi)的運行軌跡的數(shù)學(xué)模型，計算船舶B的定位設(shè)備天線安裝位置V₀行駛到會遇點的軌跡弧長u作為行駛距離；

S8：應(yīng)用碰撞危險度估計模型估算該船舶B和其對應(yīng)的航標(biāo)A的船-航標(biāo)碰撞危險度；所述碰撞危險度估計模型為：首先計算航標(biāo)A到船舶B的最近會遇距離的高斯分布：

其中，是最近會遇距離的均值，最近會遇距離的標(biāo)準(zhǔn)差σ_x是該船舶B過去一段時間歷史位置數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差標(biāo)準(zhǔn)差；

然后計算船舶B抵達(dá)到會遇點X所需的行駛距離的高斯分布：

其中，σ_s為行駛距離方差；均值是船舶B是否能順利避開航標(biāo)A的臨界值，即安全距離，通過下式求得：

其中，靜水回轉(zhuǎn)半徑是為回轉(zhuǎn)率，v_water是當(dāng)前水流速度在船舶B艏向上的分量，l_wid是船寬，l_len是船長，v是船舶對地速度，h是船載定位設(shè)備天線位置到船舶左舷的垂直距離，r是航標(biāo)碰撞判定圈的半徑，d_delay＝vt₀是船舶從當(dāng)前到開始轉(zhuǎn)向的移動距離，t₀是船舶開始轉(zhuǎn)向所需的反應(yīng)時間；

由此確定船舶B在當(dāng)前船位后不同時間段后船舶航標(biāo)碰撞危險度為

P＝(F_x(L_b)-F_x(L_a))×(1-F_s(u))

進(jìn)一步依據(jù)船舶歷史航速、船舶靜態(tài)信息和水流速度信息計算不同時間段后的船-航標(biāo)碰撞危險度閾值

其中P_e為預(yù)測失誤的可能性曲線；

超過該閾值的船-航標(biāo)對即視為有較高的碰撞風(fēng)險。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于AIS的船舶-航標(biāo)碰撞危險度估算方法，其特征在于：在步驟S1中，所述航標(biāo)A的位置信息包括所在水道的水位和流速信息。