[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字化船舶領(lǐng)域模型的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011560153.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112560286B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐言民;謝金鵬;劉釗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/15;G06Q10/06;G08G3/02;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨潔

本發(fā)明提供一種基于數(shù)字化船舶領(lǐng)域模型的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)確定方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、構(gòu)建船舶領(lǐng)域外邊界模型；步驟二、基于船舶領(lǐng)域外邊界模型，構(gòu)建數(shù)字化船舶領(lǐng)域模型；步驟三、基于數(shù)字化船舶領(lǐng)域模型，構(gòu)建水域單船舶間、多船舶間的碰撞動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)表征模型。本發(fā)明方法的應(yīng)用可有效提升船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度，對(duì)于減少船舶碰撞事故的發(fā)生具有重要意義，同時(shí)可以支撐優(yōu)化海事安全監(jiān)管和搜救資源的合理布局。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水上交通安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字化船舶領(lǐng)域模型的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)確定方法。

背景技術(shù)

船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是船舶避碰決策智能化和海事安全監(jiān)管智慧化的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的通過(guò)最小會(huì)遇距離(Distance to Closest Point of Approach，DCPA)和最小會(huì)遇時(shí)間(Time to Closest Point of Approach，TCPA)等指標(biāo)判定船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警方法能夠較好地適用于開(kāi)闊水域，但在具有船舶行為頻繁變化特點(diǎn)的繁忙受限水域中應(yīng)用存在較大的局限性，以至于在交通管理系統(tǒng)中單憑設(shè)置DCPA和TCPA閾值進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警存在很高的虛警率，致使在實(shí)際工作中VTS值班員經(jīng)常關(guān)閉VTS設(shè)備中的報(bào)警功能，進(jìn)而很大程度上降低VTS在船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警中的應(yīng)用效果。隨著雷達(dá)系統(tǒng)和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification Systems，AIS)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，船舶之間和船岸之間的信息實(shí)時(shí)感知、交互、共享及處理能力得到了極大的提升，為船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算和預(yù)報(bào)提供了軟硬件支撐，船舶避碰決策智能化和海事安全監(jiān)管智慧化已然成為未來(lái)水上交通安全管理發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，適用于復(fù)雜多變交通形勢(shì)的船舶碰撞動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型是船舶避碰決策智能化和海事安全監(jiān)管智慧化的制約瓶頸。

船舶在航行過(guò)程中，為了避免碰撞、擱淺和觸礁等事故，船舶應(yīng)保持足夠的空間區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)具有排他性、禁止他船進(jìn)入，稱為該船舶的船舶領(lǐng)域。海上交通中最常見(jiàn)的船舶領(lǐng)域模型包括藤井橢圓領(lǐng)域模型、Goodwin的扇形領(lǐng)域模型、平滑圓形領(lǐng)域模型(改進(jìn)Goodwin模型)和變更中心及船首向的領(lǐng)域模型(改進(jìn)藤井模型)。船舶領(lǐng)域的藤井模型、Goodwin模型及其相關(guān)改進(jìn)模型是靜態(tài)船舶領(lǐng)域模型，為解決船舶在航行過(guò)程中船舶位置及航向的不確定性問(wèn)題，劉敬賢等人基于船舶行為特征設(shè)計(jì)了船舶穿越、會(huì)遇和旋回等情景下的船舶動(dòng)態(tài)領(lǐng)域模型。隨著AIS數(shù)據(jù)的采集和累積，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始通過(guò)船舶AIS數(shù)據(jù)對(duì)船舶領(lǐng)域進(jìn)行建模；水流條件、船舶操縱性能和能見(jiàn)度等越來(lái)越多的影響因素與船舶領(lǐng)域之間的關(guān)系被量化分析。船舶領(lǐng)域的研究方法包括統(tǒng)計(jì)方法、解析表達(dá)法和智能技術(shù)分析法，在船舶碰撞危險(xiǎn)度評(píng)判和避碰決策等方面具有重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)船舶領(lǐng)域做了大量的研究工作，并應(yīng)用于碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判、避碰決策和交通容量計(jì)算等方面，為水上交通工程學(xué)科的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但是，目前船舶領(lǐng)域仍局限于邊界參數(shù)確定，鮮有文獻(xiàn)針對(duì)船舶領(lǐng)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表征方法進(jìn)行研究。

船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要包括宏觀碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和微觀碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)兩個(gè)方面。宏觀碰撞危險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)某個(gè)特定水域范圍的碰撞風(fēng)險(xiǎn)總體形勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，一般通過(guò)碰撞事故率或碰撞概率為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，船舶宏觀碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常用的技術(shù)方法包括數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法和置信規(guī)則庫(kù)方法等。微觀船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是從單個(gè)船舶入手，根據(jù)本船與其他船舶的相對(duì)關(guān)系來(lái)確定船舶在特定情況下發(fā)生碰撞危險(xiǎn)的可能性，一般通過(guò)碰撞危險(xiǎn)度衡量船舶的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用DCPA、TCPA或船舶領(lǐng)域進(jìn)行定量描述。在兩船碰撞危險(xiǎn)度評(píng)判過(guò)程中主要采取模糊推理、證據(jù)理論、幾何概率、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)船舶領(lǐng)域模型等方法。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)做了大量的研究工作，宏觀碰撞風(fēng)險(xiǎn)主要依據(jù)碰撞事故或交通沖突數(shù)據(jù)，微觀風(fēng)險(xiǎn)主要依據(jù)DCPA和TCPA，并探索了船舶領(lǐng)域在船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判中的應(yīng)用。但是，船舶領(lǐng)域在船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判中的應(yīng)用主要根據(jù)他船進(jìn)入本船領(lǐng)域的方位和距離判定，并且傳統(tǒng)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法在繁忙受限水域船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判中應(yīng)用有局限性，對(duì)于繁忙受限水域船舶碰撞動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚無(wú)成熟的理論和方法，并且鮮有文獻(xiàn)應(yīng)用船舶領(lǐng)域重疊區(qū)域評(píng)判船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)。