一种极地编队船舶协同航行及预警方法技术

本发明专利技术公开了一种极地编队船舶协同航行及预警方法，该方法包括以下步骤：1)采集极地编队船舶数据；2)根据采集的极地编队船舶数据计算海冰数值、特定海冰环境下的最大安全航速、船头间距和船舶最优航速函数；3)建立基于多船信息的船舶跟驰模型，指导极地冰区船舶编队安全航行；4)建立船舶编队航行碰撞预警模型，根据TTC指标量化船舶编队航行风险指标。本发明专利技术方法根据船舶编队航行过程中的多船信息以及环境信息，建立船舶跟驰模型，与传统跟驰模型相比，兼顾前船和后船的影响，并提出一种船舶碰撞预警方法，对船舶碰撞风险水平进行量化，有效在极地冰区恶劣环境下保障船舶编队航行安全。行安全。行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种极地编队船舶协同航行及预警方法


[0001]本专利技术涉及极地水域船舶交通安全技术，尤其涉及一种极地编队船舶协同航行及预警方法。

技术介绍

[0002]自21世纪以来，全球平均气温升高，海冰范围减少，各国掀起探索极地的热潮。极地水域有别于海上、内河等常规水域，能见度、低温、磁暴、海冰等均会对船舶的航行安全造成威胁。船舶编队航行作业模式作为极地冰区商船通航的主要作业模式，编队中的船舶在高危的航行环境下，频繁主动或被动的改变航速，避免船舶碰撞事故的发生。目前极地编队船舶航行主要依赖于船员的经验判断，实际航行中为保证航行安全，往往保持较大安全距离，但这样会造成船舶冰间水道被浮冰阻塞，影响编队船舶航行。如何实现船舶编队协同航行并根据风险水平实时碰撞预警，是编队航行安全的关键。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种极地编队船舶协同航行及预警方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种极地编队船舶协同航行及预警方法，包括以下步骤：
[0005]1)采集极地编队船舶数据；
[0006]采集船舶的动态信息：速度信息、位置信息；采集船舶的静态信息：船舶尺寸、船舶冰级，以及航行海冰环境数据信息，包括航行冰区水域内海冰的类别，以及各类别海冰的密集度；
[0007]2)根据采集的极地编队船舶数据计算海冰数值、特定海冰环境下的最大安全航速、船头间距和船舶最优航速函数；
[0008]3)建立基于多船信息的船舶跟驰模型，指导极地冰区船舶编队安全航行；
[0009]考虑本船前方紧邻的前船和本船后方紧邻的跟随船的运动状态，确定本船航行时的加速度为：
[0010][0011]其中，α为敏感系数，p为前船对本船的影响程度，0.5＜p≤1,1-p表示本船后方紧邻的跟随船对本船的影响，v
n
(t)为船舶n在t时刻的速度，k为本船与前船速度差的反应系数；
[0012]4)建立船舶编队航行碰撞预警模型，根据TTC(Time To Collision)指标量化船舶编队航行风险指标。
[0013]按上述方案，所述步骤2)中特定海冰环境下的最大安全航速计算方法如下：
[0014]根据海冰环境数据计算海冰数值：
[0015]IN＝(C
a
IM
a
)+(C
b
IM
b
)+
…
+(C
n
IM
n
)
[0016]其中，C
a
表示a类冰的海冰密度(十分位)；IM
a
是表示针对某一种船舶的在a类冰中的海冰乘数；C
n
是表示n类冰的海冰密度(十分位)；IM
n
是表示针对某一种船舶的在n类冰中的海冰乘数；
[0017]根据海冰数值求取船舶在特定海冰环境下的最大安全航速，计算公式为：
[0018]v
max
＝0.0027(IN)2+0.0398(IN)2+0.2489(IN)+3.8385。
[0019]按上述方案，所述步骤2)中最优航速函数计算公式如下：
[0020]V(Δx
n
(t))＝(v
max
/2)[tanh(Δx
n-d
s
)+tanh(d
s
)][0021]其中，Δx
n
(t)＝x
n-1
(t)-x
n
(t)为船舶的船头间距，即本船船首与前船船首之间的距离，d
s
为船舶跟驰航行需要保持的最小安全距离，在此取冰情最严重下的最短安全距离，一链，即十分之一海里，v
max
为海冰环境下的当前最大安全航速。
[0022]按上述方案，所述步骤4)中TTC的计算公式如下：
[0023][0024]式中：x
i-1
(t)为t时刻船舶i-1的位置坐标，x
i
(t)为t时刻船舶i的位置坐标，v
i-1
(t)为t时刻船舶i-1的瞬时航速，v
i
(t)为t时刻船舶i的瞬时航速，L
i-1
为船舶i-1的船舶长度；其中，破冰船的航速v1(t)为0。
[0025]按上述方案，所述步骤4)中船舶编队航行风险指标基于TTC的船舶碰撞风险水平划分如下：
[0026][0027]当船舶状态处于低风险时，需要注意本船舶的航行状态，当处于中风险时，需要谨慎驾驶，密切注意前后船的航行状态，当处于高风险时，应做好避碰准备，选择恰当的航行决策进行避碰。
[0028]本专利技术产生的有益效果是：本专利技术方法根据船舶编队航行过程中的多船信息以及环境信息，建立船舶跟驰模型，与传统跟驰模型相比，兼顾前船和后船的影响，并提出一种船舶碰撞预警方法，对船舶碰撞风险水平进行量化，有效在极地冰区恶劣环境下保障船舶编队航行安全。
附图说明
[0029]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0030]图1是本专利技术实施例的结构示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例的基于TTC的船舶碰撞事故示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]如图1所示，一种极地编队船舶协同航行及预警方法，包括以下步骤：
[0034]1)采集破冰船护航作业下的船舶编队航行数据，包含船舶航行的动态信息和静态信息；
[0035]通过安装在每艘船的船首和船尾的测速测距装置，采集编队航行动态数据信息，包括船舶的航速信息、本船与前后船之间的位置信息其中航行船舶航行的动态信息；
[0036]获取船舶的静态信息，包括船舶尺寸、船舶冰级，获取海冰环境数据信息，包括航行冰区水域内海冰的类别，以及各类别海冰的密集度；
[0037]2)根据采集的数据计算海冰数值，计算公式为：
[0038]IN＝(C
a
IM
a
)+(C
b
IM
b
)+
…
+(C
n
IM
n
)
[0039]其中C
n
是表示n类冰的海冰密度(十分位)，IM
n
是表示针对某一种船舶的在n类冰中的海冰乘数。
[0040]3)根据步骤2)求得的海冰数值，计算船舶在特定海冰环境下的最大安全航速，不同船舶的冰级不同，其最大安全航速也不同，具体计算公式为：
[0041]v
max
＝0.0027(IN)2+0.0398(IN)2+0.2489(IN)+3.838本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极地编队船舶协同航行及预警方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集极地编队船舶数据；采集船舶的动态信息：速度信息、位置信息；采集船舶的静态信息：船舶尺寸、船舶冰级，以及航行海冰环境数据信息，包括航行冰区水域内海冰的类别，以及各类别海冰的密集度；2)根据采集的极地编队船舶数据计算海冰数值、特定海冰环境下的最大安全航速、船头间距和船舶最优航速函数；3)建立基于多船信息的船舶跟驰模型，指导极地冰区船舶编队安全航行；考虑本船前方紧邻的前船和本船后方紧邻跟随船的运动状态，确定本船航行时的加速度为：其中，α为敏感系数，p为前船对本船的影响程度，0.5＜p≤1,1-p表示本船后方紧邻的跟随船对本船的影响，v
n
(t)为船舶n在t时刻的速度，k为本船与前船速度差的反应系数；4)建立船舶编队航行碰撞预警模型，根据TTC指标量化船舶编队航行风险指标。2.根据权利要求1所述的极地编队船舶协同航行及预警方法，其特征在于，所述步骤2)中特定海冰环境下的最大安全航速计算方法如下：根据海冰环境数据计算海冰数值：IN＝(C
a
IM
a
)+(C
b
IM
b
)+
…
+(C
n
IM
n
)其中，C
a
表示a类冰的海冰密度(十分位)；IM
a
是表示针对某一种船舶的在a类冰中的海冰乘数；C
n
是表示n类冰的海冰密度(十分位)；IM
n
是表示针对某一种船舶的在n类冰中的海冰乘数；根据海冰数值求取船舶在特定海冰环境下的最大安全航速，计算公式为：v
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张笛，赵银祥，曹伟，张弛，张金奋，万程鹏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：