基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法及装置，方法包括：构建船舶航行信息状态的信息集，生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数；基于各船舶粒子的运动参数计算船舶交通在运动维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的位置参数计算船舶交通在位置维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的全部状态参数计算船舶交通在碰撞危险维度上的复杂性因子；建立船舶在三维复杂度立体空间中的径向分布函数模型，识别不同船舶之间在复杂性水平上的空间分布几率，通过对水域中的所有船舶的径向分布进行累积分析，识别并感知水域中的船舶交通复杂度。本发明专利技术能够充分利用船舶交通数据对船舶交通复杂化水平进行定量识别和感知。和感知。和感知。

【技术实现步骤摘要】
基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法及装置


[0001]本专利技术涉及船舶交通安全与风险评估
，具体而言，尤其涉及一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法及装置。

技术介绍

[0002]随着航运业的飞速发展，船舶交通量在近些年显著增加，这使得海上交通日趋繁忙，尤其是港口及其附近等船舶活动较为频繁的水域。尽管日益繁忙的船舶交通对于全球的经济增长做出了巨大的贡献，但是也对海上交通安全造成了更大的威胁，并且使得船舶交通监管面临更大的挑战。船舶交通量的增长一方面会导致水域中船舶密度的增加，使得特定水域中的船舶交通异常拥挤，增大发生碰撞事故的可能性。另一方面，船舶交通量的增长还会导致船舶交通变得愈发复杂，主要体现在其运动模式以及空间分布特征上。复杂化的船舶交通会导致船舶之间进行避让的难度增大，还会导致船舶交通管理人员对于交通局面的认知和识别的难度增大，从而降低其对于船舶交通进行监管的效率和水平，进一步对海上交通安全造成不利的影响。
[0003]因此，如何能够在日趋复杂化的船舶交通局面下对其复杂性进行准确的量化与识别，无论是对于缓解船舶之间的碰撞危险，还是提高船舶交通管理人员对于海上交通的监管效率和水平方面都有着一定的帮助。然而，面对日益繁忙的船舶交通，多数研究仅对复杂船舶交通下的具体研究对象加以分析研究(如船舶交通密度、船舶碰撞危险等)，而对于复杂性水平的定量化识别和感知研究还不够充分，在考虑因素与准确性等方面存在局限。因此，在船舶交通逐渐复杂化的今天，亟待设计一种可以更加充分利用船舶交通数据对船舶交通复杂化水平进行定量识别和感知的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法及装置。主要通过统计力学中的径向分布函数建立船舶交通复杂度的识别模型，首先，分别在运动、位置、碰撞危险三种复杂性维度下提取不同维度的复杂性表征距离，作为复杂性的表征因子，以此在欧几里得空间内利用统计力学分析并建立三维船舶交通复杂度感知方法，从而对船舶交通的复杂性水平进行定量表征。该专利技术一方面为船舶交通管理人员充分理解复杂交通形式提供基础数据，便于他们进行相应的交通监视和组织工作；另一方面，可以为船舶交通的其他研究，尤其是复杂交通局面情况下的其他研究提供数据支撑。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法，包括以下步骤：
[0007]获取目标水域中的船舶基础信息，构建船舶航行信息状态的信息集，将船舶交通中的船舶转化为粒子，从而生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数，所述粒子状态参数包括位置参数、运动参数以及尺度参数；
[0008]基于各船舶粒子的运动参数计算影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子作为
船舶交通在运动维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的位置参数计算影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子作为船舶交通在位置维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的全部状态参数计算影响船舶交通复杂性水平的第三距离因子作为船舶交通在碰撞危险维度上的复杂性因子；
[0009]建立船舶在三维复杂度立体空间中的径向分布函数模型，识别不同船舶之间在复杂性水平上的空间分布几率，通过对水域中的所有船舶的径向分布进行累积分析，识别并感知水域中的船舶交通复杂度，得到船舶交通复杂度的识别感知值。
[0010]进一步地，获取目标水域中的船舶基础信息，构建船舶航行信息状态的信息集，将船舶交通中的船舶转化为粒子，从而生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数，包括：
[0011]获取目标水域中船舶的经度坐标、纬度坐标、航速、航向以及船长数据作为船舶基础信息；
[0012]基于经度坐标和纬度坐标构建船舶粒子的位置参数；基于航速和航向构建船舶粒子的运动参数，基于船长构建船舶粒子的尺度参数。
[0013]进一步地，基于各船舶粒子的运动参数计算影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子，包括：
[0014]在船舶交通粒子系统中，以船舶的航速和航向为基础，建立船舶速度矢量平面；
[0015]在船舶速度矢量平面中将船舶航速沿坐标轴进行分解，获得船舶在经向上的航速和船舶在纬向上的航速，
[0016]计算两个船舶粒子在船舶速度矢量平面上的距离作为影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子。
[0017]进一步地，基于各船舶粒子的位置参数计算影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子，包括：
[0018]在船舶交通粒子系统中，以船舶的经度和纬度为基础，建立船舶位置平面；
[0019]计算两个船舶粒子在船舶位置平面上的欧式距离作为影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子。
[0020]进一步地，基于各船舶粒子的全部状态参数计算影响船舶交通复杂性水平的第三距离因子，包括：
[0021]基于船舶粒子的全部状态参数计算任意两艘船舶之间的最近会遇距离、最小会遇时间以及动界重叠指数；
[0022]对所述最近会遇距离、最小会遇时间以及动界重叠指数进行归一化处理，并计算两艘船舶之间碰撞危险度指数作为第三距离因子。
[0023]进一步地，建立船舶在三维复杂度立体空间中的径向分布函数模型，识别不同船舶之间在复杂性水平上的空间分布几率，通过对水域中的所有船舶的径向分布进行累积分析，识别并感知水域中的船舶交通复杂度，得到船舶交通复杂度的识别感知值，包括：
[0024]将船舶交通粒子系统所处的二维水平面空间向三维复杂度空间进行转换，以第一距离因子、第二距离因子以及第三距离因子建立包括运动维度、位置纬度和碰撞危险维度的三维复杂度立体空间；
[0025]计算任意两船在三维复杂度立体空间中的距离；
[0026]通过统计力学中的径向分布函数综合表征研究水域中的船舶交通复杂性水平；
[0027]将研究水域中所有复杂性距离的径向分布进行行累计得到累积径向分布；
[0028]对累积径向分布求取积分，积分区间为坐标原点到横轴最大值的中点处，从而获取船舶交通复杂度的识别感知结果。
[0029]本专利技术还公开了一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知装置，包括：
[0030]数据获取单元，用于获取目标水域中的船舶基础信息，构建船舶航行信息状态的信息集，将船舶交通中的船舶转化为粒子，从而生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数，所述粒子状态参数包括位置参数、运动参数以及尺度参数；
[0031]计算单元，用于基于各船舶粒子的运动参数计算影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子作为船舶交通在运动维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的位置参数计算影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子作为船舶交通在位置维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的全部状态参数计算影响船舶交通复杂性水平的第三距离因子作为船舶交通在碰撞危险维度上的复杂性因子；
[0032]船舶交通复杂度获取单元，用于建立船舶在三维复杂度立体空间中的径向分布函数模型，识别不同船舶之间在复杂性水平上的空间分布几率，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标水域中的船舶基础信息，构建船舶航行信息状态的信息集，将船舶交通中的船舶转化为粒子，从而生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数，所述粒子状态参数包括位置参数、运动参数以及尺度参数；基于各船舶粒子的运动参数计算影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子作为船舶交通在运动维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的位置参数计算影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子作为船舶交通在位置维度上的复杂性因子，基于各船舶粒子的全部状态参数计算影响船舶交通复杂性水平的第三距离因子作为船舶交通在碰撞危险维度上的复杂性因子；建立船舶在三维复杂度立体空间中的径向分布函数模型，识别不同船舶之间在复杂性水平上的空间分布几率，通过对水域中的所有船舶的径向分布进行累积分析，识别并感知水域中的船舶交通复杂度，得到船舶交通复杂度的识别感知值。2.根据权利要求1所述的一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法，其特征在于，获取目标水域中的船舶基础信息，构建船舶航行信息状态的信息集，将船舶交通中的船舶转化为粒子，从而生成船舶交通粒子系统中的粒子状态参数，包括：获取目标水域中船舶的经度坐标、纬度坐标、航速、航向以及船长数据作为船舶基础信息；基于经度坐标和纬度坐标构建船舶粒子的位置参数；基于航速和航向构建船舶粒子的运动参数，基于船长构建船舶粒子的尺度参数。3.根据权利要求1所述的一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法，其特征在于，基于各船舶粒子的运动参数计算影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子，包括：在船舶交通粒子系统中，以船舶的航速和航向为基础，建立船舶速度矢量平面；在船舶速度矢量平面中将船舶航速沿坐标轴进行分解，获得船舶在经向上的航速和船舶在纬向上的航速，计算两个船舶粒子在船舶速度矢量平面上的距离作为影响船舶交通复杂性水平的第一距离因子。4.根据权利要求1所述的一种基于统计力学的三维船舶交通复杂度识别感知方法，其特征在于，基于各船舶粒子的位置参数计算影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子，包括：在船舶交通粒子系统中，以船舶的经度和纬度为基础，建立船舶位置平面；计算两个船舶粒子在船舶位置平面上的欧式距离作为影响船舶交通复杂性水平的第二距离因子。5.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子豪，郑中义，吴兆麟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：