[发明专利]一种构建船舶安全领域模型的方法和装置

说明书

本申请实施例公开了构建船舶安全领域模型的方法和装置。该方法的一具体实施方式包括：获取影响船舶会遇危险程度的关键参数；响应于关键参数，构建关键参数分别对应的危险隶属函数；响应于危险隶属函数，计算本船和障碍船的碰撞危险度；响应于碰撞危险度，构建船舶会遇态势分布模型，获取船舶会遇态势分布模型上的节点，计算节点的节点向量以及构建节点向量对应的危险度影响函数，构建安全等级模型，分别计算本船与单艘障碍船和多艘障碍船在会遇态势分布下的边界向量。该实施方式构建的船舶领域安全模型能有效识别单条目标船或多条目标船的碰撞危险度，可为具备自主避碰能力的船舶智能航行系统研发提供技术参考。

技术领域

本申请实施例涉及船舶安全领域，具体涉及构建船舶安全领域模型的方法和装置。

背景技术

自1971年船舶领域概念被提出以来，船舶领域已被广泛应用于海上交通工程。其在航行态势评估和船舶避碰中具有重要意义。船舶安全领域是安全距离的一般化，被广泛应用于船舶碰撞风险评估、危险接近检测、水道风险分析。

船舶安全领域模型的形状和大小受多种因素的影响，如船舶参数、船速、会遇类型、周围环境类型、船舶的操纵性能等因素。船舶安全领域按研究方法可以分为基于实验数据统计类、基于专家知识类和基于解析表达式类。如今很多关于船舶安全领域模型的研究都是基于上述三种方法中的一种或者几种。其中基于实验数据统计的模型具有受水域类型和实验数据影响较大的特点，通常针对特定水域和特定船型建立模型。基于专家知识的模型很大程度上依赖于配调查专家和船员的选择，因此这类模型在反应船舶领域模型的实用性的前提下，同时也存在一定的主观性。

传统船舶安全领域模型在碰撞风险系数的定量计算方面存在局限性：

1)当不同方位来船时，采取相同的方法来计算危险度，未考虑各因素在不同方向的影响作用的变化。例如在对遇情况下，DCPA可能为零，但实际影响却不为零。

2)仅基于DCPA和TCPA的风险度计算方法不能保证避碰的可靠性。

3)在不同会遇态势下采取相同的静态模型，且未考虑多船同时会遇本船时的模型变化。

发明内容

本申请实施例提出了一种构建船舶安全领域模型的方法和装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种构建船舶安全领域模型的方法，该方法包括：获取影响船舶会遇危险程度的关键参数，其中，关键参数包括本船和障碍船的距离、本船和障碍船的速度比、本船和障碍船的相对舷角、本船和障碍船的最近会遇距离和本船和障碍船的最小会遇时间；响应于关键参数，构建关键参数分别对应的危险隶属函数，危险隶属函数包括本船和障碍船的距离危险隶属函数、本船和障碍船的速度比危险隶属函数、本船和障碍船的相对舷角危险隶属函数、本船和障碍船的最近会遇距离危险隶属函数和本船和障碍船的最小会遇时间危险隶属函数；响应于危险隶属函数，计算本船和障碍船的碰撞危险度；响应于碰撞危险度，构建船舶会遇态势分布模型，获取船舶会遇态势分布模型上的节点，计算节点的节点向量以及构建节点向量对应的危险度影响函数，构建安全等级模型；响应于危险度影响函数和安全等级模型，分别计算本船与单艘障碍船和多艘障碍船在会遇态势分布模型下的边界向量。

在一些实施例中，本船和障碍船的距离危险隶属函数具体为：

式中，U_D为本船与障碍船的距离危险隶属函数，D为本船与障碍船的距离，D1为最晚避让的距离，D2为可采取避让措施的距离；

本船与障碍船的速度比危险隶属函数具体为：

式中，U_K为本船与障碍船的速度比危险隶属函数，K为本船和障碍船的速度比且K≥0，a为会遇角度且a的范围为0°～180°；

本船和障碍船的相对舷角危险隶属函数具体为：