[发明专利]一种基于空间数据融合的水上交通事故航迹模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于空间数据融合的水上交通事故航迹模拟方法，属于数据模拟技术领域。针对国内外还没有成熟的水上交通事故再现模拟分析方法，本发明通过多源空间数据融合的水上交通事故场景，为事故分析与判定提供综合的空间信息服务，在多源空间数据融合和AIS等船舶航行数据的基础上，研究了水上交通事故再现模拟中的航迹模拟，设计了基于多源空间数据融合的水上交通事故航迹模拟方案，给出了航迹模拟实现的方法，开发了基于多源空间数据融合的水上交通事故航迹模拟系统，并应用到船舶碰撞这一典型水上交通事故，为水上交通事故再现模拟研究提供了新的应用模式。

技术领域

本发明属于数据模拟技术领域，具体涉及一种基于空间数据融合的水上交通事故航迹模拟方法。

背景技术

我国是一个航运大国，拥有丰富的水运资源，港口众多、船舶保有量巨大。水上交通运输是社会经济发展的基础战略性行业。与其他交通运输方式不同，水运交通具有运量大、能耗小、成本低等多项优势。同时，水上交通运输行业具有高风险性，并且随着经济和科技的发展，船舶日趋高速化和大型化，再加上船舶的危险品货物运输属性，致使水上交通运输事故频发而且事故影响较大。因此，针对水上交通运输通航环境和交通事故的研究越来越引起人们的重视。进行事故处理分析时，交通管理部门和相关机构需要借助计算机动画来模拟交通事故的发生过程，用以了解事故致因和辅助责任判定。近年来，随着计算机图形学的快速发展，采用三维动画方式来再现模拟实际交通事故过程，以明确事故过程中各参与方的运动状态，这种事故责任判定的处理方式正越来越受到认可。

在道路交通领域中，交通事故再现模拟研究较为成熟。学者们对事故再现模拟研究中涉及的事故现场图构建、汽车轮胎动力学模型、碰撞过程解析模型和碰撞过程三维模拟技术等内容进行了大量研究，尤其是对汽车碰撞的过程解析模型研究较多。刘志强等基于不确定度理论研究了二轮车与汽车碰撞车速计算，通过数值计算和PC-Crash模拟实验验证了计算模型的有效性。张健等采用矩阵理论方法分析汽车碰撞模型中碰撞前车速和力学参数误差的相互关系，并通过实例分析给出了采用不同坐标系的碰撞模型中力学参数误差的范围。Zou等研究了交通事故再现模拟结果的不确定性，分析了上下界方法和有限差分方法与响应面方法应用于仿真结果不确定性分析的优缺点。Buck等人采用三维模型、多层螺旋CT和核磁共振成像技术进行道路交通事故模拟分析，研究了交通事故中车辆行驶方向的确定、车辆损坏的伤害相关性和事故发展评估等问题。可以看出，道路交通事故的再现模拟研究成果较多，研究较为系统全面。

水上交通事故再现是指船舶发生交通事故后，利用事故船舶上所采集到的航行状态数据(如航向、航速、船位等)，结合计算机仿真技术，将事故发生过程进行二维或三维的再现模拟，让人们以直观的方式了解事故发生的全过程。目前，水上交通事故再现模拟研究，尤其是船舶碰撞事故再现研究，一直是国内外水上交通事故分析的重要研究方向，并且已经取得了一定研究成果。针对水上交通事故再现模拟，目前研究较多的是基于计算机仿真技术的研究、基于有限元分析方法的研究等。基于计算机仿真技术，利用VDR和AIS等设备采集的数据对事故前后船舶的航向和航迹等状态信息进行三维或者二维模拟。利用船舶操纵模拟器，采用实操实验反复推演事故过程，获得事故过程的模拟。有限元分析方法的研究基于事故发生时的气象水文数据和船舶航行数据，采用数值模拟方法对事故过程进行数值仿真。毛喆对水上交通事故再现模拟现有的方式进行分析，指出应将基于计算机仿真技术的方法和基于有限元分析的方法相结合来研发二维或三维的水上交通事故再现模拟软件，构建类似于道路交通领域的事故再现模拟软件PC-Crash等用于辅助水上交通事故分析和责任判定。在此基础上，毛喆还提出应该建立水上交通事故时空数据库，结合数据挖掘等理论方法，以更好地辅助事故分析。目前，国内外还没有成熟的水上交通事故再现模拟分析软件用于事故的分析。因此，有必要开展这方面的研究，来提高我国水上交通事故分析和责任判定的水平。