一种狭水道航行碰撞风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种狭水道航行碰撞风险评估方法，先利用DBSCAN空间聚类方法进行空间聚类得到多个集群，引入本船和目标船来计算狭水道区域中每艘船舶的碰撞风险，分别将每个集群中任意船舶作为本船，其他每艘船舶作为目标船，基于本船和目标船的相关数据得到本船到最接近点的距离、时间以及船舶领域重叠指数，进而构建相关性用负指数方程，接着通过线性组合确定碰撞风险值和碰撞贡献值后计算得到本船的碰撞风险评估值，最后通过所有船舶的碰撞风险评估值累加得到的狭水道碰撞风险评估值，判断狭水道碰撞风险；优点是能够快速识别狭水道上存在的船舶交通安全隐患，适用于区域碰撞风险的短期识别以及海上交通监控的瞬时识别，且具有较高的准确度。具有较高的准确度。具有较高的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种狭水道航行碰撞风险评估方法


[0001]本专利技术涉及一种碰撞风险评估方法，尤其是涉及一种狭水道航行碰撞风险评估方法。

技术介绍

[0002]碰撞作为重大海事事故之一，对航行安全构成严重威胁，它已被广泛认为是水域中的主要事故类型之一。此外，随着海上交通的快速增长，碰撞风险呈上升趋势。海上交通监控在减少水域碰撞事故中起着至关重要的作用。在自动雷达标绘仪(ARPA)、自动识别系统(AIS)、电子海图显示与信息系统(ECDIS)等先进设备的支持下，从事海上交通监控的运营商可以实时监控水域的碰撞风险，从而更好地了解海上交通，为可能发生的碰撞事故做好准备。此外，监测结果为分析水域碰撞风险奠定了基础，为管理者决策提供了指导。
[0003]目前在区域碰撞风险模型中应用比较广泛的是IWRAP模型，IWRAP(IALA Waterway Risk Assessment program)是一种以事故致因概率为前提，基于AIS历史数据对船舶碰撞和搁浅概率进行理论计算的模型，它可以有效地对不同航路中的不同船舶类型和船舶流量的碰撞概率进行计算和分析比较。但是该模型基于交通流量和速度等交通流参数，但忽略了相对运动和船只之间的距离，准确度不高。而且，通常采用长期识别，因为模型中涉及的交通流参数不是瞬时数据，而是基于AIS的历史数据。换句话说，这些模型不适用于区域碰撞风险的短期识别，尤其是海上交通监控的瞬时识别。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够快速识别狭水道上存在的船舶交通安全隐患，适用于区域碰撞风险的短期识别以及海上交通监控的瞬时识别，且具有较高的准确度的狭水道航行碰撞风险评估方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种狭水道航行碰撞风险评估方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、对待评估的狭水道区域利用DBSCAN空间聚类方法进行空间聚类，得到集群处理结果，其中集群处理结果包括以下参数：狭水道区域的船舶总数量、集群总数以及每条船舶所在集群的船舶数；将狭水道区域的船舶总数量记为N，集群总数记为M，对待评估的狭水道区域中的集群随机按照1至M进行排序，将排序为m的集群记为集群m，m＝1，2，
…
，M，将集群m中的任意一艘船舶记为船舶i
m
，将集群m中船舶总数量数记为n
m
；对集群m内除船舶i
m
以外的n
m
‑
1艘船舶随机按照1至n
m
‑
1排序，将排序为t的船舶称为第t艘船舶，t＝1,2，
…
，n
m
‑
1；
[0007]步骤2、从待评估的狭水道区域的AIS数据中获取待评估的狭水道区域中每艘船舶的经纬度位置、速度、航向和船长；
[0008]步骤3、引入本船和目标船的概念来计算待评估的狭水道区域中每艘船舶的碰撞风险，将集群m中船舶i
m
作为本船，目标船即为集群m中第t艘船舶，即计算船舶i
m
与同一集群
内其他每艘船舶的碰撞风险，将本船经纬度位置记为(x0，y0)、速度记为v0、航向记为c0、船长记为l0，x0表示经度位置，y0表示纬度位置，将目标船(即第t艘船舶)经纬度位置记为(x
t
，y
t
)、船速记为v
t
、航向记为c
t
、船长记为l
t
，x
t
表示经度位置，y
t
表示纬度位置；设定本船的船舶领域半径为r0，目标船的船舶领域半径为r
t
，；令r0＝3l0，r
t
＝3l
t
；
[0009]步骤4、将本船和目标船两船之间的相对距离记为d0‑
t
，相对方位记为c
b0
‑
t
，采用式(1)和是式(2)分别计算d0‑
t
和c
b0
‑
t
：
[0010][0011][0012]公式中，tan
‑1是反正切函数，Π是圆周率；
[0013]步骤5、将本船和目标船两船之间的相对速度记为相对航向记为采用式(3)和是式(4)分别计算和
[0014][0015][0016]公式中，cos是余弦函数，cos
‑1是反余弦函数，Π是圆周率，sin是正弦函数；
[0017]步骤6、将本船到最接近点的距离记为将本船到最接近点的时间记为将本船的船舶领域重叠指数记为其中，最接近点指的是本船i
m
和目标船(即第t艘船舶)按当前航行方案继续航行预计会遇的点，采用式(5)至式(7)分别计算如下：
[0018][0019][0020][0021]公式中，||是取绝对值符号，*是乘法符号，sin是正弦函数，cos是余弦函数，П是圆周率；
[0022]步骤7、构建本船与目标船之间的碰撞风险与和之间的相关性用负指数方程，如式(8)至式(10)所示：
[0023][0024][0025][0026]公式中，exp指的是指数方程，是指集群m内本船和第t艘船舶与
相关的碰撞风险值，是指集群m内本船和第t艘船舶与相关的碰撞风险值，是指集群m内本船和第t艘船舶与相关的碰撞风险值；
[0027]步骤8、将步骤7得到的和进行线性组合，计算得到集群m内本船和第t艘船舶的碰撞风险值也即待评估狭水道区域内的集群m中的任意一艘船舶与其他船舶的碰撞风险值，如式(11)所示：
[0028][0029]步骤9、设定本船与目标船的碰撞贡献值为按照以下规则对进行赋值：
[0030]如果取值为0.8/n
m
；
[0031]如果取值为1/n
m
，
[0032]如果取值为1.2/n
m
；
[0033]步骤10、采用公式(12)计算得到集群m中本船的碰撞风险评估值
[0034][0035]式(12)中，*为乘运算符号；
[0036]步骤11.按照步骤4至步骤9的方法分别计算得到每个集群中每艘船舶的碰撞风险评估值，对集群m中n
m
艘船舶按照1～n
m
再次随机排序，将此时集群m中第j艘船舶的碰撞风险评估值记为CRA
m
‑
j
，j＝1,2，
…
，n
m
；
[0037]步骤12.采用式(13)计算得到狭水道碰撞风险评估值NCCR：
[0038][0039]步骤13、按照以下标准判断狭水道碰撞风险：
[0040]如果0.0≤NCCR＜0.3，则判定狭水道碰撞风险为低风险；
[0041]如果0.3≤NCCR＜0.5，则判定狭水道碰撞风险为中风险；
[0042]如果0.5≤NCCR＜0.7，则判定狭水道碰撞风险为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种狭水道航行碰撞风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、对待评估的狭水道区域利用DBSCAN空间聚类方法进行空间聚类，得到集群处理结果，其中集群处理结果包括以下参数：狭水道区域的船舶总数量、集群总数以及每条船舶所在集群的船舶数；将狭水道区域的船舶总数量记为N，集群总数记为M，对待评估的狭水道区域中的集群随机按照1至M进行排序，将排序为m的集群记为集群m，m＝1，2，
…
，M，将集群m中的任意一艘船舶记为船舶i
m
，将集群m中船舶总数量数记为n
m
；对集群m内除船舶i
m
以外的n
m
‑
1艘船舶随机按照1至n
m
‑
1排序，将排序为t的船舶称为第t艘船舶，t＝1,2，
…
，n
m
‑
1；步骤2、从待评估的狭水道区域的AIS数据中获取待评估的狭水道区域中每艘船舶的经纬度位置、速度、航向和船长；步骤3、引入本船和目标船的概念来计算待评估的狭水道区域中每艘船舶的碰撞风险，将集群m中船舶i
m
作为本船，目标船即为集群m中第t艘船舶，即计算船舶i
m
与同一集群内其他每艘船舶的碰撞风险，将本船经纬度位置记为(x0，y0)、速度记为v0、航向记为c0、船长记为l0，x0表示经度位置，y0表示纬度位置，将目标船(即第t艘船舶)经纬度位置记为(x
t
，y
t
)、船速记为v
t
、航向记为c
t
、船长记为l
t
，x
t
表示经度位置，y
t
表示纬度位置；设定本船的船舶领域半径为r0，目标船的船舶领域半径为r
t
，；令r0＝3l0，r
t
＝3l
t
；步骤4、将本船和目标船两船之间的相对距离记为d0‑
t
，相对方位记为c
b0
‑
t
，采用式(1)和是式(2)分别计算d0‑
t
和c
b0
‑
t
：：公式中，tan
‑1是反正切函数，Π是圆周...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彭军，蒋昀余，柯笑添，朱璐珍，姚辉，马文卿，温亦晴，邬佳欣，钟良霞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：