一种桥区水域船舶防撞预警方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种桥区水域船舶防撞预警方法及装置，其方法包括获取目标船舶的雷达特征信息和AIS特征信息，并判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，若是，则确定目标船舶的航行特征参数；基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域；根据所述目标船舶的动态船舶领域和目标碰撞对象的位置，确定目标船舶被入侵深度因子，并根据所述目标船舶的航行特征参数中的航速，确定目标船舶被入侵速度因子；根据目标船舶被入侵深度因子和目标船舶被入侵速度因子，确定目标船舶的碰撞风险，若所述碰撞风险达到预设风险阈值，则触发碰撞预警。本申请能够有效提高船舶碰撞预警的准确性和实时性，从而减少事故发生。而减少事故发生。而减少事故发生。

【技术实现步骤摘要】
一种桥区水域船舶防撞预警方法及装置


[0001]本申请涉及水上交通管理
，尤其是涉及一种桥区水域船舶防撞预警方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，为提高水上交通信息化管理水平，减小船舶或船桥等碰撞事故带来的损失，有必要推广有效的船舶碰撞防御设施。
[0003]针对静态障碍物碰撞防御措施中，结构防撞装置被广泛接受，一般是采用构建消能缓冲材质、重力式防撞墩、人工防撞岛等方式减少船舶碰撞带来的损失。但是，从事故统计来看，目前发生的船舶事故中，结构防撞装置发挥的效能基本为零，主要原因是结构防撞对不同水域和不同船型的效果截然不同。此外，在桥区水域增设固定式防撞墩，造成桥区水域水流绕流，影响船舶操纵，同时造成涌水现象，抬高桥区水域水位。因此，本专利技术人认为在桥区水域的船舶碰撞防御方式还需要进一步改进。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供一种桥区水域船舶防撞预警方法及装置，基于交通环境信息智能感知、船舶避碰机理和智能避碰决策技术，有效解决现有船舶碰撞防御效果不高的技术问题。
[0005]为了解决上述问题，第一方面，本申请提供一种桥区水域船舶防撞预警方法，所述方法包括：获取目标船舶的雷达特征信息和AIS特征信息，并判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，若是，则确定目标船舶的航行特征参数；基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域；根据所述目标船舶的动态船舶领域和目标碰撞对象的位置，确定目标船舶被入侵深度因子，并根据所述目标船舶的航行特征参数中的航速，确定目标船舶被入侵速度因子；根据目标船舶被入侵深度因子和目标船舶被入侵速度因子，确定目标船舶的碰撞风险，若所述碰撞风险达到预设风险阈值，则触发碰撞预警。
[0006]可选的，所述判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联之前，所述方法还包括：建立神经网络模型；获取多组训练样本，所述每组训练样本包括历史雷达特征信息和历史AIS特征信息；其中，历史雷达特征信息包括通过雷达设备获取的目标船舶相对目标碰撞对象的方位、航速以及航向；历史AIS特征信息包括通过AIS设备获取的目标船舶对于目标碰撞对象的方位、航速以及航向；将所述训练样本输入至所述神经网络模型，计算所述历史雷达特征信息和历史
AIS特征信息中每对对应参数之间的误差，并迭代训练所述神经网络模型的网络参数，使得平均损失误差最小，得到训练完备的神经网络模型。
[0007]可选的，所述判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，包括：利用训练完备的神经网络模型，判断当前的雷达特征信息和AIS特征信息之间对应的参数误差是否满足预设误差阈值，若是，则确定当前的雷达特征信息和AIS特征信息关联。
[0008]可选的，所述目标船舶的航行特征参数至少包括目标船舶的航速，所述动态影响参数包括目标船舶在风流作用下的漂移速度和风流压差角；所述基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域，包括：建立目标船舶的船舶领域椭圆模型；对所述船舶领域椭圆模型进行修正，包括：基于目标船舶的漂移速度，积分计算目标船舶的漂移距离；以线性脉冲函数为目标船舶的漂移距离的数学模型，并对所述线性脉冲函数进行拉式逆变换，得到脉冲响应函数，以确定目标船舶的风流作用函数；以阶跃函数为目标碰撞对象与目标船舶的距离的数学模型，对所述阶跃函数进行拉式逆变换，并结合预设的目标碰撞对象与目标船舶的安全距离，确定目标碰撞对象的距离影响函数；根据目标船舶的风流压差角和风流作用函数，确定目标船舶所受到的实时风流作用矩阵；根据所述目标碰撞对象的距离影响函数，确定目标碰撞对象的实时距离影响矩阵；根据所述目标船舶所受到的实时风流作用矩阵以及目标碰撞对象的实时距离影响矩阵，对所述目标船舶的船舶领域椭圆模型进行修正，得到目标船舶的动态船舶领域。
[0009]可选的，以目标船舶中心为原点，建立直角坐标系，所述目标船舶的动态船舶领域表示如下：式中，（x，y）表示目标船舶的领域边界坐标；L表示目标船舶的船长；k表示目标船舶的航速大小与同类型船舶在同水域中的平均航速的比值；k(t)表示t时刻的风流作用；表示对应t时刻风流方向与目标船舶之间形成的风流压差角；d
i
表示第i个目标碰撞对象与目标船舶的预设安全距离；T表示时间常数。
[0010]可选的，所述目标船舶的碰撞风险，用如下函数表示：式中，表示t时刻目标船舶被入侵深度因子；表示t时刻目标船舶被入侵
速度因子；D表示t时刻目标船舶到目标碰撞对象之间连线方向上的延长线至动态船舶领域边界的距离；R表示目标船舶到目标碰撞对象之间连线方向上，目标船舶到动态船舶领域边界的距离；表示目标船舶的航速；T0为避让操作的最晚操舵时间；表示目标碰撞对象和目标船舶中心的连线方向与目标船舶的航速方向的夹角；所述目标碰撞对象为静态碰撞对象。
[0011]可选的，所述目标船舶的航行特征参数还包括目标船舶的经纬位置；所述确定目标船舶的航行特征参数之后，所述方法还包括：根据所述目标船舶的经纬位置和预设的桥区水域范围，判断所述目标船舶是否航行进入桥区水域范围；若是，则触发第一级预警，并向目标船舶发送进入桥区水域范围的通知信息。
[0012]可选的，所述风险阈值包括第一风险值和第二风险值，第二风险值大于第一风险值；若所述碰撞风险达到预设风险阈值，则触发碰撞预警，包括：若目标船舶的碰撞风险大于第一风险值，则触发第二级预警，并向目标船舶发送调整航向的预警信息；若目标船舶的碰撞风险大于第二风险值，则触发第三级预警，并向与目标船舶相关联的岸基监控中心发送报警信息。
[0013]可选的，目标船舶的航行特征参数还包括实时航迹；若目标船舶航行进入桥区水域区域，则触发第一级预警信息之后，所述方法还包括：通过海图作业法，并基于目标船舶的实时航迹推算得到目标船舶的第一预测航迹；通过三次指数平滑模型，将目标船舶的经度和纬度按照时间序列分别进行预测，得到目标船舶的第二预测航迹；将第一预测航迹和第二预测航迹融合后，得到目标船舶的目标预测航迹；基于目标预测航迹和预设航道中线，计算航道中线偏差；判断所述目标船舶的航道中线偏差是否超过预设安全范围；若是，则触发第二级预警，并向目标船舶发送调整航向的预警信息。
[0014]第二方面，本申请提供一种桥区水域船舶防撞预警装置，所述装置包括：多源信息判断模块，用于获取目标船舶的雷达特征信息和AIS特征信息，并判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，若是，则确定目标船舶的航行特征参数；动态领域确定模块，用于基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域；入侵因子计算模块，用于根据所述目标船舶的动态船舶领域和目标碰撞对象的位置，确定目标船舶被入侵深度因子，并根据所述目标船舶的航行特征参数中的航速，确定目标船舶被入侵速度因子；碰撞风险判断模块，用于根据目标船舶被入侵深度因子和目标船舶被入侵速度因子，确定目标船舶的碰撞风险，若所述碰撞风险达到预设风险阈值，则触发碰撞预警。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥区水域船舶防撞预警方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标船舶的雷达特征信息和AIS特征信息，并判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，若是，则确定目标船舶的航行特征参数；基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域；根据所述目标船舶的动态船舶领域和目标碰撞对象的位置，确定目标船舶被入侵深度因子，并根据所述目标船舶的航行特征参数中的航速，确定目标船舶被入侵速度因子；根据目标船舶被入侵深度因子和目标船舶被入侵速度因子，确定目标船舶的碰撞风险，若所述碰撞风险达到预设风险阈值，则触发碰撞预警。2.根据权利要求1所述的桥区水域船舶防撞预警方法，其特征在于，所述判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联之前，所述方法还包括：建立神经网络模型；获取多组训练样本，所述每组训练样本包括历史雷达特征信息和历史AIS特征信息；其中，历史雷达特征信息包括通过雷达设备获取的目标船舶相对目标碰撞对象的方位、航速以及航向；历史AIS特征信息包括通过AIS设备获取的目标船舶对于目标碰撞对象的方位、航速以及航向；将所述训练样本输入至所述神经网络模型，计算所述历史雷达特征信息和历史AIS特征信息中每对对应参数之间的误差，并迭代训练所述神经网络模型的网络参数，使得平均损失误差最小，得到训练完备的神经网络模型。3.根据权利要求1所述的桥区水域船舶防撞预警方法，其特征在于，所述判断所述雷达特征信息和AIS特征信息是否关联，包括：利用训练完备的神经网络模型，判断当前的雷达特征信息和AIS特征信息之间对应的参数误差是否满足预设误差阈值，若是，则确定当前的雷达特征信息和AIS特征信息关联。4.根据权利要求1所述的桥区水域船舶防撞预警方法，其特征在于，所述目标船舶的航行特征参数至少包括目标船舶的航速，所述动态影响参数包括目标船舶在风流作用下的漂移速度和风流压差角；所述基于所述目标船舶的航行特征参数和预设动态影响参数，确定目标船舶的动态船舶领域，包括：建立目标船舶的船舶领域椭圆模型；对所述船舶领域椭圆模型进行修正，包括：基于目标船舶的漂移速度，积分计算目标船舶的漂移距离；以线性脉冲函数为目标船舶的漂移距离的数学模型，并对所述线性脉冲函数进行拉式逆变换，得到脉冲响应函数，以确定目标船舶的风流作用函数；以阶跃函数为目标碰撞对象与目标船舶的距离的数学模型，对所述阶跃函数进行拉式逆变换，并结合预设的目标碰撞对象与目标船舶的安全距离，确定目标碰撞对象的距离影响函数；根据目标船舶的风流压差角和风流作用函数，确定目标船舶所受到的实时风流作用矩阵；根据所述目标碰撞对象的距离影响函数，确定目标碰撞对象的实时距离影响矩阵；根据所述目标船舶所受到的实时风流作用矩阵以及目标碰撞对象的实时距离影响矩
阵，对所述目标船舶的船舶领域椭圆模型进行修正，得到目标船舶的动态船舶领域。5.根据权利要求1或4所述的桥区水域船舶防撞预警方法，其特征在于，以目标船舶中心为原点，建立直角坐标系，所述目标船舶的动态船舶领域表示如下：式中，（x，y）表示目标船舶的领域边界坐标；L表示目标船舶的船长；k表示目标船舶的航速大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄立文，陈家豪，张可，贺益雄，郝国柱，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：