本发明专利技术涉及一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法，包括以下步骤：获取航道边界数据以及碍航物数据，将航道划分为多个航段，将每一航段相对应的航段边界数据以及碍航物数据与相应的航段相关联；获取本船舶的位置数据以及航向数据；根据本船舶的位置数据以及各航段的航段边界数据，获取本船舶所在航段作为当前航段；判断船舶是否顺航道行驶，如果是，则根据当前航段的航段边界数据获取偏航数据，根据当前航段的碍航物数据获取避碰数据，基于内河避碰规则获取与避碰数据相对应的辅助决策数据；基于偏航数据输出偏航预警信息，基于辅助决策数据输出辅助避碰决策信息。本发明专利技术能够实现有效的早期危险预警以及航行辅助决功能。的早期危险预警以及航行辅助决功能。的早期危险预警以及航行辅助决功能。
【技术实现步骤摘要】
一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法及装置
[0001]本专利技术涉及航行避碰
，尤其涉及一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法、装置、系统及计算机存储介质。
技术介绍
[0002]近年来，国家加快了内河航运中心的建设。由于内河航道窄且多弯曲，内河船舶数量多，通航密度大，即使改善了内河航行环境，内河船舶数量逐渐减少，船舶碰撞事故仍然频繁发生。据统计，在2019年的船舶交通事故中，内河水域占比49.3％，内河船舶占比59.9％。在水上运输过程中，无论是人、机还是环境都存在潜在的事故隐患，一旦发生水上交通事故，往往会造成严重的经济损失、人员伤亡和环境污染。
[0003]精准、可靠的导助航设备是保障内河船舶安全航行的前提。船舶驾驶员可以通过各类助航设备获取船舶附近的动态和静态信息，再结合船舶驾驶员的良好船艺使得船舶得以安全航行。
[0004]通过助航设备可以精确、有效的获取一定范围内的船舶和环境数据，能够为船舶驾驶员做航行决策提供辅助。但是存在以下两个问题：现有助航设备不具有有效的航行预警和避碰辅助决策功能，仅能数字化展现船舶周围动态和静态信息，现有设备也未融入内河航行规则，无法为船员提供规则方面的提示。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，有必要提供一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法及装置，用以解决目前内河船舶助航设备不具有有效的早期危险预警以及航行辅助决策功能的问题。
[0006]本专利技术提供一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法，包括以下步骤：
[0007]获取航道边界数据以及碍航物数据，将航道划分为多个航段，将每一航段相对应的航段边界数据以及碍航物数据与相应的航段相关联；
[0008]获取本船舶的位置数据以及航向数据；
[0009]根据本船舶的实时位置数据以及各航段的航段边界数据，获取本船舶所在航段作为当前航段；
[0010]对比本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据，判断船舶是否顺航道行驶，如果是，则根据当前航段的航段边界数据获取偏航数据，并根据当前航段的碍航物数据获取避碰数据，基于内河避碰规则获取与所述避碰数据相对应的辅助决策数据；
[0011]基于所述偏航数据输出偏航预警信息，基于所述辅助决策数据输出辅助避碰决策信息。
[0012]进一步的，获取本船舶的位置数据以及航向数据，具体为：
[0013]获取船舶的雷达信号与AIS信号，分别对所述雷达信号以及AIS信号进行数据解析；
[0014]采用加权融合算法对解析后的雷达信号与AIS信号进行融合，得到融合数据作为
所述位置数据以及航向数据。
[0015]进一步的，根据本船舶的实时位置数据以及各航段的航段边界数据，获取本船舶所在航段作为当前航段，具体为：
[0016]根据各航段的航段边界数据依次判断本船舶是否位于各航段内，得到所述当前航段；
[0017]根据航段边界数据判断本船舶是否位于相应航段内，具体为：
[0018]所述航段边界数据包括航段的四个顶点的坐标位置，根据四个顶点坐标位置获取四个顶点与船舶位置之间的连线，并计算每两条相邻连线之间的夹角之和；
[0019]判断所述夹角之和是否位于区间[360-C0,360+C0]之内，C0为常数，如果是，则判定船舶位于相应航段内，否则判定船舶不位于相应航段内。
[0020]进一步的，对比本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据，判断船舶是否顺航道行驶，具体为：
[0021]根据本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据计算本船舶航向与当前航段走向之间的角度差值，判断所述角度差值是否在设定角度之内，如果是，则判定本船舶顺航道行驶，否则判定本船舶没有顺航道行驶。
[0022]进一步的，根据当前航段的航段边界数据获取偏航数据，具体为：
[0023]所述偏航数据包括本船舶距离下一转向点的距离和时间、本船舶与航段边界的距离以及本船舶与航段中心线的距离；
[0024]计算本船舶距离下一转向点的距离，具体为：
[0025][0026]其中，S为本船舶距离下一转向点的距离，(X0,Y0)为本船舶位置坐标，(X1,Y1)为、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)分别为当前航段四个顶点的坐标，TC为本船舶航向角度；
[0027]计算本船舶距离下一转向点的时间，具体为：
[0028][0029]其中，t为本船舶距离下一转向点的时间，V
o
为本船舶航速；
[0030]计算本船舶距离当前航段边界的距离，具体为：
[0031]D＝min(D
u
,D
d
)；
[0032]其中，D为本船舶距离当前航段边界的距离，min()表示取最小值，D
u
为本船舶距离当前航段一侧边界的距离，D
d
为本船舶距离当前航段另一侧边界的距离；
[0033]计算本船舶距离当前航段中心线的距离，具体为：
[0034]获取当前航段中心线的中心线直线方程，根据所述中心点直线方程计算本船舶距离当前航段中心线的距离：
[0035][0036]其中，其中，A、B、C为中心线直线方程的系数，D
yaw
为本船舶距离当前航段中心线的距离。
[0037]进一步的，根据当前航段的碍航物数据获取避碰数据，具体为：
[0038]计算虚拟船位坐标作为左偏心椭圆模型的椭圆中心，基于所述椭圆中心建立描述本船舶的船舶领域的左偏心椭圆模型：
[0039]基于所述碍航物数据，计算其它船舶相对于本船舶的相对速度矢量；
[0040]计算所述相对速度矢量所在直线的矢量直线方程；
[0041]根据所述矢量直线方程以及所述左偏心椭圆模型判断相对矢量直线与左偏心椭圆是否相交，如果是，则判定其它船舶与本船舶在空间上存在碰撞危险，否则判定其它船舶与本船舶在空间上不存在碰撞危险；
[0042]结合所有其它船舶与本船舶的碰撞危险判断结果，得到所述避碰数据。
[0043]进一步的，还包括：
[0044]分别计算所有与本船舶存在碰撞危险的危险船舶进入本船舶的船舶领域的进入时间；
[0045]筛选出进入时间最小的危险船舶作为最危险船舶；
[0046]建立内河避碰规则，从所述内河避碰规则中查找与最危险船舶相对应的避碰决策，得到所述避碰数据。
[0047]本专利技术还提供一种船舶内河航行预警与辅助避碰装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述船舶内河航行预警与辅助避碰方法。
[0048]本专利技术还提供一种船舶内河航行预警与辅助避碰系统，包括所述船舶内河航行预警与辅助避碰装置，还包括采集装置以及显示装置；
[0049]所述采集装置用于采集本船舶的位置数据以及航向数据，所述显示装置用于对所述偏航预警信息以及辅助避碰决策信息进行显示。
[0050]本专利技术还提供一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种船舶内河航行预警与辅助避碰方法，其特征在于，包括以下步骤：获取航道边界数据以及碍航物数据，将航道划分为多个航段，将每一航段相对应的航段边界数据以及碍航物数据与相应的航段相关联；获取本船舶的位置数据以及航向数据；根据本船舶的实时位置数据以及各航段的航段边界数据，获取本船舶所在航段作为当前航段；对比本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据，判断船舶是否顺航道行驶，如果是，则根据当前航段的航段边界数据获取偏航数据，并根据当前航段的碍航物数据获取避碰数据，基于内河避碰规则获取与所述避碰数据相对应的辅助决策数据；基于所述偏航数据输出偏航预警信息，基于所述辅助决策数据输出辅助避碰决策信息。2.根据权利要求1所述的船舶内河航行预警与辅助避碰方法，其特征在于，获取本船舶的位置数据以及航向数据，具体为：获取船舶的雷达信号与AIS信号，分别对所述雷达信号以及AIS信号进行数据解析；采用加权融合算法对解析后的雷达信号与AIS信号进行融合，得到融合数据作为所述位置数据以及航向数据。3.根据权利要求1所述的船舶内河航行预警与辅助避碰方法，其特征在于，根据本船舶的实时位置数据以及各航段的航段边界数据，获取本船舶所在航段作为当前航段，具体为：根据各航段的航段边界数据依次判断本船舶是否位于各航段内，得到所述当前航段；根据航段边界数据判断本船舶是否位于相应航段内，具体为：所述航段边界数据包括航段的四个顶点的坐标位置，根据四个顶点坐标位置获取四个顶点与船舶位置之间的连线，并计算每两条相邻连线之间的夹角之和；判断所述夹角之和是否位于区间[360-C0,360+C0]之内，C0为常数，如果是，则判定船舶位于相应航段内，否则判定船舶不位于相应航段内。4.根据权利要求1所述的船舶内河航行预警与辅助避碰方法，其特征在于，对比本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据，判断船舶是否顺航道行驶，具体为：根据本船舶的航向数据以及当前航段的走向数据计算本船舶航向与当前航段走向之间的角度差值，判断所述角度差值是否在设定角度之内，如果是，则判定本船舶顺航道行驶，否则判定本船舶没有顺航道行驶。5.根据权利要求1所述的船舶内河航行预警与辅助避碰方法，其特征在于，根据当前航段的航段边界数据获取偏航数据，具体为：所述偏航数据包括本船舶距离下一转向点的距离和时间、本船舶与航段边界的距离以及本船舶与航段中心线的距离；计算本船舶距离下一转向点的距离，具体为：
其中，S为本船舶距离下一转向点的距离，(X0,Y0)为本船舶位置坐标，(X1,Y1)为、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)分别为当前航段四个顶点的坐标，T...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺益雄，张梁，周成浩，陈德军，牟军敏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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