[发明专利]一种基于AIS的船舶-航标碰撞危险度估算方法

摘要

本发明涉及一种基于AIS的船舶‑航标碰撞危险度估算方法，属于航道技术领域。该方法通过获取在航船舶AIS信息中的静态信息构建船舶的特征点模型，根据该船舶特征点模型，根据船舶实时和历史的船位、艏向预测船舶特征点的船位、艏向和航迹；根据船舶特征点模型的预测信息，根据航标船的位置数据，计算航标与船舶特征点模型的最近会遇距离与和抵达会遇点船舶所需的行驶距离，根据碰撞危险度估计模型实时对碰撞危险度进行估算，根据碰撞危险度阈值计算模型实时计算碰撞危险度阈值。利用该判断结果可触发航标上的摄像头进行拍照，也可用于对船舶进行警示提醒。该方法无需新增测距传感器或其他传感器，即可有效预判船舶‑航标是否碰撞。

主权项

1.一种基于AIS的船舶‑航标碰撞危险度估算方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：以某一航标A为中心，获取航标A的位置信息和附近在航船舶的AIS信息；S2：计算航标A与在航船舶间的距离，筛选出满足条件的航标‑船舶对，并根据筛选结果获取对应船舶的静态信息；S3：将航标A的位置及船舶B的船位数据进行坐标转换，转换为大地平面坐标系数据，以船舶B的当前位置为坐标原点；S4：根据船舶B的AIS发送的静态信息，建立船舶的特征点模型；所述模型以船舶B上定位设备天线安装位置V0相对于船舶B的安装位置，同时结合船长、船宽信息，选取特征点V1，V2，V3，V4，V5来描述船舶的形状；进一步结合船舶当前船位和艏向，确定船舶在二维平面上的实际姿态，从而将传统方法中船舶和航标之间，点与点的相对位置关系转化为一个面和点的相对位置关系；S5：采用合适的预测算法，以T为预测周期，对船舶B当前船位后船舶B在不同预测周期的船位和艏向，即，船舶B的定位设备天线安装位置V0和船舶外形特征点V1至V5六个特征点，在T，2T，3T...，处的预测的位置点，将这些点以一定的数学模型连线并结合艏向，即为船舶B各个特征点在当前船位后的预测航迹；所述当前船位为数据中心收到的船舶B的AIS发送的船位；S6：依据船舶‑航标会遇模型，计算船舶B与航标A的最近会遇距离；船舶B的特征点V0的预测轨迹中，V0与航标A距离最近的位置即为会遇点X；分别计算航标A当前位置与预测的船舶B各特征点运行轨迹的垂直距离L1，…，L5，即航标A与船舶B特征点的最近会遇距离，其中最小的最近会遇距离记为La，最大的最近会遇距离记为Lb；；S7：计算船舶B抵达到会遇点X所需的行驶距离；根据各特征点在当前时刻后不同时间段内的运行轨迹的数学模型，计算船舶B的定位设备天线安装位置V0行驶到会遇点的轨迹弧长u作为行驶距离；S8：应用碰撞危险度估计模型估算该船舶B和其对应的航标A的船‑航标碰撞危险度；所述碰撞危险度估计模型为：首先计算航标A到船舶B的最近会遇距离的高斯分布：其中，是最近会遇距离的均值，最近会遇距离的标准差σ_x是该船舶B过去一段时间历史位置数据的预测误差标准差；然后计算船舶B抵达到会遇点X所需的行驶距离的高斯分布：其中，σ_s为行驶距离方差；均值是船舶B是否能顺利避开航标A的临界值，即安全距离，通过下式求得：其中，静水回转半径是为回转率，v_water是当前水流速度在船舶B艏向上的分量，l_wid是船宽，l_len是船长，v是船舶对地速度，h是船载定位设备天线位置到船舶左舷的垂直距离，r是航标碰撞判定圈的半径，d_delay＝vt₀是船舶从当前到开始转向的移动距离，t₀是船舶开始转向所需的反应时间；由此确定船舶B在当前船位后不同时间段后船舶航标碰撞危险度为P＝(Fx(Lb)‑Fx(La))×(1‑Fs(u))进一步依据船舶历史航速、船舶静态信息、水流速度等信息计算不同时间段后的船‑航标碰撞危险度阈值其中Pe为预测失误的可能性曲线；超过该阈值的船‑航标对即视为有较高的碰撞风险。