一种数字孪生的内河船舶通航管控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字孪生的内河船舶通航管控系统，所述系统包括通航数字孪生可视化模块、通航监控预警模块和船舶安全引航模块。本发明专利技术基于内河通航安全管控需求，通过人工智能机器视觉技术感知目标水域内船舶信息，融合雷达数据、AIS数据支撑内河航道动态数字孪生可视。在此基础上通过船舶碰撞风险计算方法，对区域内船舶运行安全风险进行实时监控，并针对存在风险的船舶提供最优调度方案，进而实现目标航道区域内船舶通航状况实现全天候、全天时、全覆盖安全监管与调度控制，保障目标水域船舶安全航行。船舶安全航行。船舶安全航行。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生的内河船舶通航管控系统


[0001]本专利技术属于船舶安全系统
，特别是一种数字孪生的内河船舶通航管控系统。

技术介绍

[0002]剖析内河水路交通系统，其重大风险源主要体现在船舶航行安全、桥区水域航行安全、危化品船舶航行安全三个方面。近年国家与行业主管部门相继出台多项政策文件，要求进一步加强客船，尤其是长江客船的危险源管控能力。为响应国家、行业主管部门要求，切实管控渡运重大风险源，通过信息化等升段提升安全管理能力尤为必要。
[0003]现有的岸基系统以区域交通监测预警为主，主要基于电子航道图和AIS点位数据进行显示航道运行状况，对重点船舶(如渡船、游客船舶等)的细粒度监测与信息预警能力不足，无法提供及时准确的碰撞预警和安全合理的调度引航，不能满足精细化的安全管控需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种数字孪生的内河船舶通航管控系统，区别于已有的船舶安全管理产品或方案，可通过数字孪生的方式实现区域交通的精细化管控，并利用岸基中心实现管控船舶的实时预警与调度引导，进而实现目标航道区域内船舶通航状况实现全天候、全天时、全覆盖安全监管与调度控制，保障目标水域船舶安全航行。本专利技术能实现船舶实时监控、实时预警、实时调度，降低船舶通航风险，保证水路交通安全生产。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种数字孪生的内河船舶通航管控系统，所述系统包括通航数字孪生可视化模块、通航监控预警模块和船舶安全引航模块；
[0006]所述通航数字孪生可视化模块，用于依据摄影设备获取的航道静态目标，制作与实际航道状况对应的数字孪生环境模型，并将船舶、水文、天气要素在数字孪生场景中动态真实还原，并为船舶提供驾驶视角、跟随视角，支持三维数字孪生旋转可视化；
[0007]所述通航监控预警模块，用于依据从数字孪生场景中获取的船舶间距、航向和航速信息，通过船舶风险计算模型获取本船舶与其他船舶出现碰撞的风险概率，并依据船舶碰撞风险概率分级提供不同等级的预警服务；
[0008]所述船舶安全引航模块，用于依据通航监控预警模块发布的船舶碰撞预警等级，提供不同的引航服务，自动生成最优调度方案，并引导船舶进行相应安全避险操作。
[0009]进一步地，所述通航数字孪生可视化模块，用于实现静态数字孪生场景搭建和动态数据虚拟映射，具体过程包括：
[0010]步骤1
‑
1，通过倾斜摄影获取目标通航区域的物理模型数据，包括目标通航区域的各静态目标，并进行数字化转换，实现目标通航区域静态数字孪生部分；
[0011]步骤1
‑
2，通过多个设备获取船舶类型、名称以及实时的航向、航速、位置信息，并
将动态信息进行数据融合；
[0012]步骤1
‑
3，依据融合后的信息数据，结合先验知识搭建数字孪生系统中的船舶模型，并将该船舶的航向、航速、位置信息映射到数字孪生系统中，实现目标通航区域动态数字孪生部分；
[0013]步骤1
‑
4，将数字孪生系统连接到控制中心进行可视化展示，并对所关注船舶提供跟随视角和驾驶视角多种可视化展示方式；同时，将相应的船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物数据同步推送到所述通航监控预警模块及船舶安全引航模块，并根据船舶安全引航模块确定的危险船舶位置，调用步骤1
‑
2中的设备，实现光电联动与自动跟踪；同步可视化应急引航方向及推荐航速。
[0014]进一步地，步骤1
‑
2中采用岸基雷达、AIS终端、监控视频三种设备获取信息，所述数据融合的具体过程为：采用监控视频交通流观测的方式获取船舶位置、身份信息，采用岸基雷达获取船舶三维特征数据、位置和航速信息，以AIS终端的数据为基础进行误差修正，对未开启AIS终端或AIS数据传输间隔超过预设阈值的船舶进行数据补充。
[0015]进一步地，所述通航监控预警模块具体实现：依据通航数字孪生可视化模块中获取到的区域船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物信息，通过对各区域、各方向航行碰撞风险的量化和叠加，计算目标船舶碰撞风险域，获得目标船舶当前操作发生碰撞的风险，并依据碰撞风险发布相应的预警信息，具体包括以下步骤：
[0016]步骤2
‑
1，对接数字孪生系统即通航数字孪生可视化模块，从该系统中获取目标区域船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物信息；
[0017]步骤2
‑
2，选择其中一个船舶为目标船舶，依据该目标船舶的位置、航速、航向信息计算当前船舶航行碰撞风险；
[0018]步骤2
‑
3，若步骤2
‑
2计算得到的航行碰撞风险低于第一阈值P1，不发布预警信息；若航行碰撞风险在第一阈值P1～第二阈值P2之间，发布危险警示预警信息，若航行碰撞风险高于第二阈值P2，发布紧急避碰预警信息；其中P2大于P1；
[0019]步骤2
‑
4，返回执行步骤2
‑
2，直至遍历完目标区域内的所有船舶；
[0020]步骤2
‑
5，返回执行步骤2
‑
1，直至所述通航监控预警模块停止工作。
[0021]进一步地，步骤2
‑
2中船舶航行碰撞风险的计算公式为：
[0022][0023]其中：
[0024]x＝dis
×
sinδ
[0025]y＝dis
×
cosδ
[0026][0027]式中，SCR(x,y)为其他船舶对当前船舶的空间碰撞风险；x表示在与船舶航行方向的垂直方向上其他船舶相对于本船舶的距离，以船舶前进方向垂直向右为正，船舶前进方向垂直向左为负；y表示在船舶航行方向上其他船舶相对于本船舶的距离，以船舶前进方向为正，船舶背离方向为负；δ为周围船舶在以目标船舶位置为原点、航向为Y轴正方向时的顺
时针旋转角度；R
before
、R
after
、R
starb
、R
port
分别表示船舶中心前后左右四个方向上的距离，r0表示船舶领域边界系数，用于调整船舶风险域的大小。
[0028]进一步地，所述船舶安全引航模块，用于依据通航监控预警模块发布的船舶碰撞预警等级，提供不同的引航服务，自动生成最优调度方案，并引导船舶进行相应安全避险操作，具体包括以下步骤：
[0029]步骤3
‑
1，对接通航监控预警模块，获取预警信息及危险船舶位置信息，若获取到的预警信息为危险警示预警信息，则执行步骤3
‑
2；若获取到的预警信息为紧急避碰预警信息，则执行步骤3
‑
3；
[0030]步骤3
‑
2，通过语音播报方式进行提醒，并向数字孪生平台推送危险警示预警信息；
[0031]步骤3
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生的内河船舶通航管控系统，其特征在于，所述系统包括通航数字孪生可视化模块、通航监控预警模块和船舶安全引航模块；所述通航数字孪生可视化模块，用于依据摄影设备获取的航道静态目标，制作与实际航道状况对应的数字孪生环境模型，并将船舶、水文、天气要素在数字孪生场景中动态真实还原，并为船舶提供驾驶视角、跟随视角，支持三维数字孪生旋转可视化；所述通航监控预警模块，用于依据从数字孪生场景中获取的船舶间距、航向和航速信息，通过船舶风险计算模型获取本船舶与其他船舶出现碰撞的风险概率，并依据船舶碰撞风险概率分级提供不同等级的预警服务；所述船舶安全引航模块，用于依据通航监控预警模块发布的船舶碰撞预警等级，提供不同的引航服务，自动生成最优调度方案，并引导船舶进行相应安全避险操作。2.根据权利要求1所述的数字孪生的内河船舶通航管控系统，其特征在于，所述通航数字孪生可视化模块，用于实现静态数字孪生场景搭建和动态数据虚拟映射，具体过程包括：步骤1
‑
1，通过倾斜摄影获取目标通航区域的物理模型数据，包括目标通航区域的各静态目标，并进行数字化转换，实现目标通航区域静态数字孪生部分；步骤1
‑
2，通过多个设备获取船舶类型、名称以及实时的航向、航速、位置信息，并将动态信息进行数据融合；步骤1
‑
3，依据融合后的信息数据，结合先验知识搭建数字孪生系统中的船舶模型，并将该船舶的航向、航速、位置信息映射到数字孪生系统中，实现目标通航区域动态数字孪生部分；步骤1
‑
4，将数字孪生系统连接到控制中心进行可视化展示，并对所关注船舶提供跟随视角和驾驶视角多种可视化展示方式；同时，将相应的船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物数据同步推送到所述通航监控预警模块及船舶安全引航模块，并根据船舶安全引航模块确定的危险船舶位置，调用步骤1
‑
2中的设备，实现光电联动与自动跟踪。3.根据权利要求2所述的数字孪生的内河船舶通航管控系统，其特征在于，步骤1
‑
2中采用岸基雷达、AIS终端、监控视频三种设备获取信息，所述数据融合的具体过程为：采用监控视频交通流观测的方式获取船舶位置、身份信息，采用岸基雷达获取船舶三维特征数据、位置和航速信息，以AIS终端的数据为基础进行误差修正，对未开启AIS终端或AIS数据传输间隔超过预设阈值的船舶进行数据补充。4.根据权利要求2所述的数字孪生的内河船舶通航管控系统，其特征在于，步骤1
‑
4还包括：同步可视化应急引航方向及推荐航速。5.根据权利要求1所述的数字孪生的内河船舶通航管控系统，其特征在于，所述通航监控预警模块具体实现：依据通航数字孪生可视化模块中获取到的区域船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物信息，通过对各区域、各方向航行碰撞风险的量化和叠加，计算目标船舶碰撞风险域，获得目标船舶当前操作发生碰撞的风险，并依据碰撞风险发布相应的预警信息，具体包括以下步骤：步骤2
‑
1，对接数字孪生系统即通航数字孪生可视化模块，从该系统中获取目标区域船舶位置、航速、航向及岸侧建筑物信息；步骤2
‑
2，选择其中一个船舶为目标船舶，依据该目标船舶的位置、航速、航向信息计算当前船舶航行碰撞风险；
步骤2
‑
3，若步骤2
‑
2计算得到的航行碰撞风险低于第一阈值P1，不发布预警信息；若航行碰撞风险在第一阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄旭，徐一岗，杭震，冯海鸣，陈飞，张景，孙彪，王乐，张和牧，徐海潮，石磊，
申请(专利权)人：华设设计集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：