【技术实现步骤摘要】
本申请涉及桥梁安全管理，尤其是涉及一种基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法。
技术介绍
1、近年来，随着基础设施的不断完善，跨越江、海的桥梁数量不断增加，在方便陆上交通的同时也给船舶的通行带来了一定的障碍，导致船撞桥事故时有发生。为此，国内外的学者对船撞桥的风险分析进行了大量的研究工作。总体来说，船撞桥的风险分析研究包括三个主要方面：第一是船撞桥的后果分析；第二是船撞桥的概率分析；第三是船撞桥的风险准则研究。
2、目前，船撞桥的风险分析在桥梁主动预警方法的应用主要是考虑第二个方面，即船撞桥的概率分析：通过ais、雷达、摄像机等设备的数据，采用大数据及轨迹预测的手段对船舶撞桥的概率进行计算来达到预警风险船舶的目的。这样虽然能在一定程度上实现主动预警的效果，然而其考虑的船撞风险是不全面的，无法做到船撞风险概率的精准识别。
技术实现思路
1、本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决
技术介绍
中至少一个缺陷的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法。
2、为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，包括如下步骤：
3、s100：获取船桥碰撞下的桥梁倒塌概率表；
4、s200：对船舶的轨迹进行预测，并根据预测的轨迹计算船舶撞击桥梁的概率以及撞击位置；
5、s300：基于船舶的吨位、航速及预测的撞击位置查询桥梁倒塌概率表，得到撞击位置对应的桥梁倒塌概率；则船撞风险概率；>
6、s400：根据计算的船撞风险概率以及船舶距离桥梁的距离发送相应的预警信号。
7、优选的，在步骤s100中，对于桥梁倒塌概率表的获取包括如下过程：
8、s110：获取目标桥梁的结构参数；
9、s120：统计分析桥址水域内的典型船舶，将船舶按照不同类型划分为不同的吨位级别；
10、s130：建立桥梁的有限元模型，对不同吨位和航速的船舶进行桥梁不同部位的撞击分析，输出对应的桥梁倒塌的概率；
11、s140：将获得的桥梁倒塌的概率按照船舶的吨位、航速和撞击位置绘制桥梁倒塌概率表。
12、优选的，在步骤s110中，目标桥梁的结构参数包括几何参数、材料性能以及边界条件。
13、优选的，在步骤s200中，采用双向长短期记忆网络（bilstm）与贝叶斯优化（bayesian optimization，bo）相结合的轨迹预测算法（bo-bilstm）对船舶的轨迹进行预测，并输出船舶在未来10~30分钟内的预测轨迹以用于计算船舶撞击桥梁的概率。
14、优选的，具体的船舶轨迹预测包括如下过程：
15、s210：输入船舶的轨迹样本来建立并训练bilstm轨迹预测模型；
16、s220：将测试样本均方根误差的平均值作为bilstm轨迹预测模型的目标函数；
17、s230：采用贝叶斯优化进行bilstm轨迹预测模型的超参数调参；
18、s240：将目标函数值最小的超参数作为最终参数输出优化后的bo-bilstm模型，并基于bo-bilstm模型输出船舶在未来10~30分钟内的预测轨迹。
19、优选的，在步骤s210中，以桥梁上雷达系统检测的船舶位置以及船舶自身ais发送的位置相结合作为船舶的轨迹样本。
20、优选的，在步骤s200中，对于船舶撞击桥梁的概率的计算包括如下过程：
21、s250：根据桥区水域航道的特点以及距离桥轴线的远近划定不同的水域；
22、s260：基于船舶的预测轨迹来获取船舶撞击桥墩的概率；
23、s270：根据船舶的当前水域位置选择对应的水域风险系数，则船舶撞击桥梁的概率。
24、优选的，在步骤s250中，按照从远到近将桥轴线两侧的水域划分为五级风险水域ⅴ、ⅳ、ⅲ、ⅱ以及ⅰ；则在步骤s270中，对于水域风险系数的取值有：风险水域ⅴ对应的值为0.2，风险水域ⅳ对应的值为0.4，风险水域ⅲ对应的值为0.6，风险水域ⅱ对应的值为0.8，风险水域ⅰ对应的值为1。
25、优选的，在步骤s400中，基于计算的船撞风险概率进行风险等级划分，则根据不同的风险等级以及船舶当前所处的风险水域位置发送相应等级的预警信号；其中，风险等级的划分有：极低、较低、中等、较高和极高，分别对应的船撞风险概率的值为[0，0.01]、（0.01，0.05]、（0.05，0. 1]、（0.1，0.5]以及（0.5，1]。
26、优选的，预警信号的等级包括无预警、三级预警、二级预警和一级预警；其中，无预警为不触发任何预警，三级预警为向船舶发出消息通知，二级预警为向船舶发出爆闪警示灯、vhf呼叫以及消息通知，一级预警为向船舶发出定向扬声器、爆闪警示灯、vhf呼叫以及消息通知；当船舶位于风险水域ⅴ时，其预警信号的等级均为无预警；当船舶位于风险水域ⅳ时，只有船舶处于极高风险等级时才会触发三级预警；当船舶位于风险水域ⅲ时，船舶超过中等风险等级时触发二级预警，其余风险等级均无预警；当船舶位于风险水域ⅱ时，船舶处于中等风险等级时触发三级预警，超过中等风险等级时触发一级预警，其余风险等级均无预警；当船舶位于风险水域ⅰ时，船舶处于极低风险等级时无预警，处于较低风险等级时触发三级预警，处于中等风险等级时触发二级预警，超过中等风险等级时触发一级预警。
27、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
28、（1）本申请提出的船撞风险概率涵盖了桥梁倒塌概率、船舶撞击桥梁概率以及水域风险等级，综合考虑了以上三个方面的船撞桥风险研究点，对船舶撞击桥梁的风险进行了定量化计算，为桥梁的主动预警提供更加精细化的手段。
29、（2）采用智能算法预测与查表的方式相结合来获取船撞桥梁的倒塌概率结果，在满足计算精度的同时大大加快了系统运行效率，为系统及时作出合理预警判断节省了宝贵的时间。
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1.一种基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于，在步骤S100中，对于桥梁倒塌概率表的获取包括如下过程：
3.如权利要求2所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤S110中，目标桥梁的结构参数包括几何参数、材料性能以及边界条件。
4.如权利要求1所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤S200中，采用双向长短期记忆网络与贝叶斯优化相结合的轨迹预测算法对船舶的轨迹进行预测，并输出船舶在未来10~30分钟内的预测轨迹以用于计算船舶撞击桥梁的概率。
5.如权利要求4所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：具体的船舶轨迹预测包括如下过程：
6.如权利要求5所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤S210中，以桥梁上雷达系统检测的船舶位置以及船舶自身AIS发送的位置相结合作为船舶的轨迹样本。
7.如权利要求
8.如权利要求7所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤S250中，按照从远到近将桥轴线两侧的水域划分为五级风险水域Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ以及Ⅰ；
9.如权利要求8所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤S400中，基于计算的船撞风险概率进行风险等级划分，则根据不同的风险等级以及船舶当前所处的风险水域位置发送相应等级的预警信号；
10.如权利要求9所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：预警信号的等级包括无预警、三级预警、二级预警和一级预警；
...【技术特征摘要】
1.一种基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于，在步骤s100中，对于桥梁倒塌概率表的获取包括如下过程：
3.如权利要求2所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤s110中，目标桥梁的结构参数包括几何参数、材料性能以及边界条件。
4.如权利要求1所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：在步骤s200中，采用双向长短期记忆网络与贝叶斯优化相结合的轨迹预测算法对船舶的轨迹进行预测，并输出船舶在未来10~30分钟内的预测轨迹以用于计算船舶撞击桥梁的概率。
5.如权利要求4所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动预警方法，其特征在于：具体的船舶轨迹预测包括如下过程：
6.如权利要求5所述的基于船撞风险概率识别的跨海桥梁主动...
【专利技术属性】
技术研发人员：应国刚，姚源彬，胡洁亮，张文达，应柳祺，
申请(专利权)人：宁波朗达工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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