一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法技术

本发明专利技术公开了一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，采用速度障碍区侵入程度和速度障碍区侵入时间两个指标分别从航向和航速两个维度给出危险度值。弥补了现行船舶危险度评估方法缺少从航向维度进行危险度评估的缺陷，从而使得该方法可以应用于狭窄水道的船舶航行危险度评估。舶航行危险度评估。舶航行危险度评估。

【技术实现步骤摘要】
一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法


[0001]本专利技术公开了一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，用于评估船舶在内河中航行时与他船之间的航行危险度，属于船舶航路安全航行


技术介绍

[0002]随着航运事业的不断发展船舶在航路中的安全航行日益受到人们的关注，特别是在内河行驶的船舶之间的危险度评估工作，一直缺乏一种切实可行的解决方案。现有的船舶危险度评估方法存在缺少从航向维度进行危险度评估的缺陷，导致在部分航行场景下会出现过早报警或过晚报警的问题。而且由于忽略了船舶尺寸因素对危险度评估的影响，其评估结果准确性进一步被降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，将本船与他船抽象为两个矩形目标，采用速度障碍法中构建速度障碍锥的方式，构建他船对本船形成的速度障碍区，依据本船航向与航速对速度障碍区的侵入程度和侵入时间，可以计算出速度障碍区侵入程度(简称：DVOI)和速度障碍区侵入时间(简称：TVOI)，通过这两个指标分别从航向和航速两个维度给出危险度值。
[0004]本专利技术所述的一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：船舶尺寸建模
[0006]航行中的船舶用矩形表示，船舶领域用四个顶点：左上，右上，右下，左下表示，通过AIS获取船舶的MMSI号码、经纬度、航向、航速、航迹向、长度以及宽度；
[0007]通过公式(1)获得船舶经纬度对应的坐标(x,y)；
[0008][0009]公式(2)计算参照点处纬圈半径和经圈半径r
orilat
、r
orilon
；
[0010][0011]公式(3)计算船舶经纬度(λ
target
，)与参考点经纬度(λ
ori
，)间的经度和纬度差
△
λ
、
[0012][0013]采用WGS84坐标系，椭球参数如下表1：
[0014]长半轴长a
e
：6378137；短半轴b
e
：6356752.314；扁率：1：298.257223563；
[0015]其中，是第一偏心率，
[0016]通过公式(4)获得极坐标系下船舶方向角度φ，其中θ
ori
是AIS数据中的航向；
[0017][0018]根据几何关系，可求得四个顶点的坐标：
[0019]船长为l，船宽为w，船舶位置为(x,y)，映射后船舶艏向角为φ；对任意象限，四个顶点通过公式(5)确定；
[0020][0021]其中，公式(6)
‑
(7)计算船舶前端和后端中点的横纵坐标x
fm
,y
fm
,x
am
,y
am
；
[0022][0023][0024]通过公式(8)
‑
(9)可以计算左上、右上、右下和左下顶点相对于前端和后端中点在x方向的偏移dx
fl
,dx
fr
,dx
ar
,dx
al
和在y方向的偏移dy
fl
,dy
fr
,dy
ar
,dy
al
：
[0025][0026][0027]将计算得到的船舶四个顶点的坐标通过距离映射，以点(x,y)为例，通过公式(10)得到船舶四个顶点位置的经纬度坐标(λ
target
，)；
[0028][0029]步骤2：构建两船间速度障碍区
[0030]将本船与他船的中心点经纬度和船舶顶点经纬度(λ，)应用公式(11)投影至墨卡托坐标系(x
mokatuo
,y
mokatuo
)；
[0031][0032]步骤3：速度障碍区圆心角与速度障碍扩展区计算
[0033]在不同的象限下，速度障碍区圆心角CA1与CA2的确定方法如下：
[0034]a)在墨卡托坐标系下，根据边缘碰撞点和本船与他船的中心点坐标，计算α,β
min
,β
max
，并将这三个角度都转换到[0,2π]范围内；
[0035]b)CA1表示β
max
与α差值的绝对值，CA2表示β
min
与α差值的绝对值；
[0036]c)将CA1与CA2转换到[0,2π]范围内；
[0037]速度障碍扩展区CA3和CA4分别由CA1与CA2离两船中心点连线较远的边向远离两船中心点连线方向扩展得到；
[0038]步骤4：DVOI的计算
[0039]DVOI表示本船对他船形成的速度障碍区的侵入程度；计算公式见公式(12)；
[0040][0041]式中，角度δ为相对速度方向与两船中心点连线方向的夹角，其值小于π；
[0042]DVOI越小，说明本船对他船的速度障碍区侵入程度越低，即两船间航行危险度较低；
[0043]步骤5：TVOI的计算
[0044]当相对速度落于速度障碍区CA1+CA2时，可计算侵入他船速度障碍区的时间；
[0045]当相对速度落于速度障碍扩展区CA3或CA4时，可计算本船到达距离他船最近点的时间；
[0046]a)侵入他船速度障碍区的最短距离
[0047]分别以本船和他船各顶点为起点，作沿相对航向方向与相对航线反方向的射线，以此确定本船所有顶点对他船的碰撞轨迹；计算所有侵入速度障碍区的最短距离D
min
；
[0048]b)到达距离他船最近点距离
[0049]当相对速度方向在速度障碍扩展区时，过本船的四个顶点，分别做平行于相对速度方向的直线，计算他船各顶点到直线的距离，对应距离最小的他船顶点就是航行过程中最靠近本船点，该点到对应直线的垂足就是本船距离他船最近定点轨迹的长度为d
min
；
[0050]综上，公式(13)是TVOI的计算公式:
[0051][0052]其中v
r
是两船相对速度大小。
[0053]本专利技术所述的步骤2针对a)距离较远与b)距离较近两种情形，分别确定速度障碍区；
[0054]a)距离较远情况：当他船各个顶点到y轴的距离均大于本船各个顶点到y轴距离时
[0055]本船4个顶点与他船4个顶点两两相连，获得的连线中，斜率最大值和斜率最小值即为速度障碍区两个边界线斜率；记最大和最小斜率分别为edgeK
max
,edgeK
min
，与其对应的直线分别由点edgePO
max
,edgePT
max
和edgePO
min
,edgePT
min
连接而成；
[0056]其中，edgePO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，包括以下步骤：步骤1：船舶尺寸建模航行中的船舶用矩形表示，船舶领域用四个顶点：左上，右上，右下，左下表示，通过AIS获取船舶的MMSI号码、经纬度、航向、航速、航迹向、长度以及宽度；通过公式(1)获得船舶经纬度对应的坐标(x,y)；公式(2)计算参照点处纬圈半径和经圈半径r
orilat
、r
orilon
；公式(3)计算船舶经纬度与参考点经纬度间的经度和纬度差
△
λ
、、采用WGS84坐标系，椭球参数如下：长半轴长：6378137；短半轴：6356752.314；扁率：1：298.257223563；其中，是第一偏心率，通过公式(4)获得极坐标系下船舶方向角度φ，其中θ
ori
是AIS数据中的航向；根据几何关系，可求得四个顶点的坐标：船长为l，船宽为w，船舶位置为(x,y)，映射后船舶艏向角为φ；对任意象限，四个顶点通过公式(5)确定；其中，公式(6)
‑
(7)计算船舶前端和后端中点的横纵坐标x
fm
,y
fm
,x
am
,y
am
；
通过公式(8)
‑
(9)可以计算左上、右上、右下和左下顶点相对于前端和后端中点在x方向的偏移dx
fl
,dx
fr
,dx
ar
,dx
al
和在y方向的偏移dy
fl
,dy
fr
,dy
ar
,dy
al
：：将计算得到的船舶四个顶点的坐标通过距离映射，以点(x,y)为例，通过公式(10)得到船舶四个顶点位置的经纬度坐标船舶四个顶点位置的经纬度坐标步骤2：构建两船间速度障碍区将本船与他船的中心点经纬度和船舶顶点经纬度应用公式(11)投影至墨卡托坐标系(x
mokatuo
,y
mokatuo
)；步骤3：速度障碍区圆心角与速度障碍扩展区计算在不同的象限下，速度障碍区圆心角CA1与CA2的确定方法如下：a)在墨卡托坐标系下，根据边缘碰撞点和本船与他船的中心点坐标，计算α,β
min
,β
max
，并将这三个角度都转换到[0,2π]范围内；b)CA1表示β
max
与α差值的绝对值，CA2表示β
min
与α差值的绝对值；c)将CA1与CA2转换到[0,2π]范围内；速度障碍扩展区CA3和CA4分别由CA1与CA2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红波，王岩，郭亦平，孟凯，张毅，孙晖，赵恒超，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：