[發明專利]一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法

有效

• 申請號: 202011560153.3
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112560286B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 徐言民;謝金鵬;劉釗
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06Q10/06;G08G3/02;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨潔

1.一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、構建船舶領域外邊界模型；

步驟二、基于船舶領域外邊界模型，構建數字化船舶領域模型；

步驟三、基于數字化船舶領域模型，構建水域單船舶間、多船舶間的碰撞動態風險表征模型；

所述步驟三具體包括如下步驟：

首先需要根據船舶結構屬性和行為屬性數據建立數字化船舶領域模型，然后根據船舶特征和會遇情景求取任一時刻數字化船舶領域疊加區域的數字計算值和相同方位船舶發生碰撞時的數字化船舶領域疊加區域數字計算值，并對其進行歸一化處理，得出0-1之間的船舶碰撞風險計算值，以此表征兩船舶之間的碰撞風險；進一步如要判定多船會遇時的碰撞風險，需對多船的碰撞風險進行權重劃分確定其風險貢獻值，最終得到多船會遇的綜合風險；

所述步驟三具體流程如下：

步驟3.1、確定兩船船舶領域分層加權的疊加面積總值的求解方法：

式中：F_i為兩船船舶領域分層加權疊加面積值；S_i為船舶在任一時刻下，任一船舶領域內部層級間的相互疊加面積值；μ_ij為不同疊加層的權重；

步驟3.2、確定兩船船舶碰撞動態風險確定方法：

式中：K_i為船舶碰撞風險計算值，區間0-1，i表示任一時刻，K_i＝1時兩船碰撞發生；F_i為會遇船舶任一時刻的船舶領域疊加面積數值；F_max為同方位兩船碰撞發生時的船舶領域疊加面積數值；

步驟3.3、確定多船船舶碰撞動態風險確定方法：

式中：K表示任一船舶與他船的總碰撞動態風險值；K_1i，K_2i，K_3i，…K_ni分別代表任一時刻不同他船對本船構成的碰撞風險大小。

2.如權利要求1所述的一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法，其特征在于，所述步驟一具體包括如下步驟：

首先，根據船舶避碰規則和船舶旋回性能，以船舶間極限通過為切入點，求取避讓操作中本船最遲行動時的他船位置點，以該點作為船舶的方位領域尺度點，然后，分類探討船舶在不同會遇狀態下的避碰行為，得出船舶任一方位的領域尺度表達函數，最后，基于四元的船舶領域建模思想，建立船舶領域外邊界模型。

3.如權利要求2所述的一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法，其特征在于，步驟一具體流程如下：

步驟1.1、通過函數解析方法將避讓行動過程量化，建立船舶領域方位尺度L_i的通用函數模型：

式中：L_i為船舶領域方位尺度，S′、S″分別為本船橫向位移和縱向位移，(x′，y′)為他船極限通過點坐標；

步驟1.2、求取四個方位上兩船的合成位移絕對值：

首向Lfore：

尾向Laft：

右正橫Lstarb：

左正橫Lport：

步驟1.3、依據本船的四方位合成位移結果，建立四元船舶領域外邊界參數方程：

式中：

式中：S₁′、S₂′分別為本船、他船的橫向位移，S₁″、S₂″分別為本船、他船的縱向位移，(x′，y′)為他船極限通過點坐標。

4.如權利要求1所述的一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法，其特征在于，所述步驟二具體包括如下步驟：

首先，根據船舶屬性和行為特征建立船舶領域外邊界模型和碰撞邊界模型；然后，建立船舶會遇緊迫程度分布函數，表征數字化船舶領域的內部結構；最后，基于內部結構的網格化提出數字化船舶領域模型的可視化方法。

5.如權利要求4所述的一種基于數字化船舶領域模型的船舶碰撞風險確定方法，其特征在于，步驟二具體流程如下：

步驟2.1、建立船舶領域碰撞邊界，包括邊界參數：碰撞邊界長軸為L_z，短軸為L_h，本船船長L_a、船寬D_a，船寬為D_b，其中各邊界參數滿足如下約束條件：

步驟2.2、建立船舶領域內部任意方位線上的會遇緊迫程度分布函數：

式中：P_i為數字化船舶領域內部結構表征值，ΔL_i為船舶領域內部任一方位上的內外邊界層間差值，V₃為船舶領域任一方位上的他船相對速度值，t_i的取值自本船碰撞邊界向外，區間(0-t)。