【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水路交通领域，具体涉及一种动态船舶领域建模方法及系统。
技术介绍
1、航行安全一直是航运业的重大问题之一，为了保障船舶安全，近年来加强了船舶自动化和智能化技术的研究，比如船舶自主导航、船舶通讯与监控、船舶智能决策等技术，这些技术的应用极大提高了船舶的避险能力和安全性。
2、船舶航行安全首要就是保证安全航速和安全距离的确定，在船舶避碰与路径规划中，判断船舶是否安全的主要依据是船舶安全领域以及船舶与其他目标的相对距离和速度。然而，固定尺度的船舶领域无法保证船舶的安全航行，也无法描述实船决策中风险变化趋势，因此在船舶航行中考虑船舶操纵性、船舶会遇类别、船舶之间的相对运动等因素，建立动态船舶领域具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种动态船舶领域建模方法及系统，有助于提高船舶航行安全性，为船舶领域的发展提供实用价值和现实意义。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种动态船舶领域建模方法，本方法包括以下步骤：
3、s1、建立初始四元船舶领域：
4、结合通过船长确定船舶领域大小与尺寸的方法确定四元船舶领域的前向半径、后向半径、右舷半径、左舷半径四个参数，并通过领域边界函数确定四元船舶领域的边界形状，建立初始四元船舶领域；
5、s2、考虑船舶会遇类别，优化初始四元船舶领域：
6、根据两船相对航向的会遇类别识别方法，先确定目标船与本船的会遇态势，进而根据不同会遇态
7、s3、计算船舶运动安全距离，进一步优化第一优化四元船舶领域：
8、建立船舶平面操纵运动模型，并基于该模型计算船舶运动安全距离，结合到第一优化四元船舶领域中，得到最终的动态船舶领域。
9、按上述方法，所述的s1具体为：
10、qsd＝{(x，y)|f(x，y；q)≤1，q＝{rfore，raft，rstarb，rport}}
11、
12、其中，qsd为四元船舶领域，f(x，y；q)是确定四元船舶领域边界的函数，x、y代表船舶的空间坐标，q为中间变量，代表rfore、raft、rstarb和rport组合的简写；l代表船长，rfore为前向半径，raft为后向半径，rstarb为右舷半径，rport为左舷半径，四个半径参数的取值分别为：
13、
14、sgn(x)代表一种符号函数，将其定义为：
15、
16、根据上述数学模型，建立初始四元船舶领域。
17、按上述方法，所述的s2具体为：
18、将本船按照航向分为6个区域，每个区域考虑目标船的位置与航向，判断出本船与目标船的会遇类别；结合s1得到的初始四元船舶领域，根据船长与船宽适当改进不同会遇类型的船舶领域，建立第一优化四元船舶领域如下：
19、qsde＝{(x，y)|fe(x，y；q)≤1，
20、qe＝{rfore+al，raft+bl，rstarb+cb，rport+db}}
21、式中，qsde为第一优化四元船舶领域，fe(x，y；q)为确定第一优化四元船舶领域边界的函数，qe为变化后的前向半径、后向半径、右舷半径、左舷半径组合的简写；l代表船长，b代表船宽，其中船舶领域纵向半径参数由船长确定，横向半径参数主要由船宽确定；a、b、c、d分别为领域范围加权系数，用于调节船舶领域的半径参数；领域边界与初始四元船舶领域确定方法一致，由变化后的四个半径参数确定。
22、按上述方法，所述的s2下，
23、当会遇态势为两船正面会遇时，所述的第一优化四元船舶领域具体为：
24、qsdho＝{(x，y)|fho(x，y；q)≤1，
25、qho_r1＝{rfore+al，raft，rstarb，rport+db}}
26、qho_r2＝{rfore，raft，rstarb+cb，rport}}
27、qho_r6＝{rfore，raft，rstarb，rport+db}}
28、当会遇态势为本船追越目标船时，所述的第一优化四元船舶领域具体为：
29、qsdot＝{(x，y)|fot(x，y；q)≤1，
30、qot_r1，2，6＝{rfore+al，raft，rstarb+cb，rport+db}}
31、当会遇态势为目标船追越本船时，所述的第一优化四元船舶领域具体为：
32、qot_r3＝{rfore，raft，rstarb+cb，rport}}
33、qot_r4＝{rfore，raft+bl，rstarb，rport}}
34、qot_r5＝{rfore，raft，rstarb，rport+db}}
35、当会遇态势为一方船舶需进行让路会遇时，所述的第一优化四元船舶领域具体为：
36、qsdgw＝{(x，y)|fgw(x，y；q)≤1，
37、qgw_r2＝{rfore，raft，rstarb+cb，rport}}
38、当会遇态势为安全会遇或本船需要保持航向时，所述的第一优化四元船舶领域与初始四元船舶领域相同；
39、式中，下标h0为会遇态势为两船正面会遇，下标0t为会遇态势为本船追越目标船，下标gw为会遇态势为一方船舶需进行让路会遇，下标r1-6对应为所述的6个区域。
40、按上述方法，在计算安全距离时，通过mmg模型考虑船舶的运动状态变化，通过欧拉方法规定步长不断迭代，规定当船舶操纵到一定角度则迭代完成，通过考虑船舶操纵性进行状态更新计算船舶转动一定角度所需的时间，再通过船舶相对运动速度，考虑目标船舶速度，进而求出船舶安全距离，确定本船安全领域。
41、按上述方法，最终得到的安全距离为船舶相对运动速度与时间的乘积。
42、按上述方法，所述的最终的动态船舶领域qnew为：
43、qnew＝{max(rfore+al，rfore+δy，ry)，max(raft+bl，raft-δy，ry)，max(rstarb+cl，rstarb+δx，rx)，max(rport+dl，rport-δx，rx)}
44、一种动态船舶领域建模系统，本系统包括：
45、初始四元船舶领域建立模块，用于结合coldwell提出的通过船长确定船舶领域大小与尺寸的方法确定四元船舶领域的前向半径rfore、后向半径raft、右舷半径rstarb、左舷半径rport四个参数，并通过领域边界函数fce(.)确定四元船舶领域的边界形状，建立初始四元船舶领域；
46、第一优化模块，用于考虑船舶会遇类别，优化初始四元船舶领域；具体根据两船相对航向的会遇类别识别方法，先确定目标船与本船的会遇态势本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种动态船舶领域建模方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的S1具体为：
3.根据权利要求2所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的S2具体为：
4.根据权利要求3所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的S2下，
5.根据权利要求3所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：在计算安全距离时，通过MMG模型考虑船舶的运动状态变化，通过欧拉方法规定步长不断迭代，规定当船舶操纵到一定角度则迭代完成，通过考虑船舶操纵性进行状态更新计算船舶转动一定角度所需的时间，再通过船舶相对运动速度，考虑目标船舶速度，进而求出船舶安全距离，确定本船安全领域。
6.根据权利要求5所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：最终得到的安全距离为船舶相对运动速度与时间的乘积。
7.根据权利要求6所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的最终的动态船舶领域Qnew为：
8.一种动态船舶领域建模系统，其特征在于：本系统包括：
9.一种计算机设
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种动态船舶领域建模方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的s1具体为：
3.根据权利要求2所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的s2具体为：
4.根据权利要求3所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：所述的s2下，
5.根据权利要求3所述的动态船舶领域建模方法，其特征在于：在计算安全距离时，通过mmg模型考虑船舶的运动状态变化，通过欧拉方法规定步长不断迭代，规定当船舶操纵到一定角度则迭代完成，通过考虑船舶操纵性进行状态更新计算船舶转动一定角度所需的时间，再通过船舶相对运动速度，考虑目标船舶速度，进而求出船舶安全距离...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳晨光，张濮麟，贺治卜，初秀民，郑茂，赖龙华，闫文洲，刘博，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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