[发明专利]基于非线性速度障碍法的船舶碰撞危险度建模方法

说明书

本发明提供一种基于非线性速度障碍法的船舶碰撞危险度建模方法。本发明在非线性速度障碍法的基础上对船舶碰撞危险度进行建模，其步骤包括计算碰撞危险度建模相关参数、进行碰撞风险判断、过程碰撞危险度PICR建模、碰撞危险度ICR建模。本发明可以应用于实时避碰、多船避碰场景中，解决非线性速度障碍法不能与船舶避碰决策有效结合的问题。

技术领域

本发明涉及船舶智能避碰领域，尤其涉及一种基于非线性速度障碍法的船舶碰撞危险度建模方法。

背景技术

海运是国际贸易的主要运输方式，为适应国际贸易的高速发展，船舶日益大型化、高速化、多样化。与此同时，海运是一个高风险行业，一旦发生海上交通事故就会造成各种严重的后果，如人员伤亡、环境污染、财产损失等。因此，如果保障船舶航行安全已经引起了社会的广泛关注。非线性速度障碍法广泛应用在船舶智能避碰领域，但由于非线性速度障碍集在速度空间中形状不规则，用现有的几何方法进行碰撞危险度建模十分困难。此外，现有模型忽略了船舶碰撞危险在时间上的持续性，导致基于非线性速度障碍法与避碰策略不能有效结合。非线性速度障碍法可以有效地应用在多船避碰、实时避碰的场景中，碰撞危险分析又是避碰决策中重要的一环，如何在非线性速度障碍法的基础上进行合理、准确的碰撞危险分析是亟待研究的问题。

发明内容

本发明鉴于已有技术的不足，提出一种基于非线性速度障碍法的船舶碰撞危险度建模方法，该方法针对过往方法忽略船舶碰撞危险在时间上的特征，危险度建模时考虑到危险会遇是一个持续的过程，定义危险度是一个持续的累积量。本发明采用的技术手段如下：

一种基于非线性速度障碍法的船舶碰撞危险度建模方法，包括以下步骤：

步骤一：获取本船当前时刻位置矢量、速度矢量和目标船航行信息；

步骤二：基于获取的本船位置矢量信息、目标船的位置矢量信息和时间关系计算NLVO集中心线速度

步骤三：基于航行过程中冲突领域边界计算NLVO集边界速度；

步骤四：计算速度空间中，本船速度与中心线速度之间的距离D_c-os；

步骤五：计算速度空间中，中心线速度与NLVO集边界速度之间的距离D_c-b；

步骤六：基于D_c-os和D_c-b的关系判断本船是否存在碰撞风险，若无碰撞风险，则结束；若有碰撞风险，则进入步骤七；

步骤七：基于D_c-os和D_c-b的关系计算对应时刻的碰撞危险度TSICR；

步骤八：重复以上七个步骤，更新本船速度以及目标船航行信息，根据步骤六的判定条件，选取检测出碰撞危险的时刻T_D，选取碰撞危险发生时刻，组成集合T_R，计算碰撞危险发生时刻对应的碰撞危险度，组成集合TSICRS；

步骤九：建立TSICR关于碰撞危险发生时刻t_r的函数关系式f_TSICR(t_r)；

步骤十：基于f_TSICR(t_r)和起始时刻、结束时刻的关系构筑过程碰撞危险度建模PICR；

步骤十一：对PICR进行归一化处理，获得碰撞危险度模型。

进一步地，所述步骤二中，通过如下公式计算NLVO集中心线速度：

式中为NLVO集中心线速度，为本船位置矢量，为目标船位置矢量，t_i为本船航行至时对应的时刻，t_j为目标船航行至时对应的时刻。