[发明专利]一种船舶冲突预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海域交通管制方法，尤其涉及一种基于滚动规划策略的船舶冲突预警方法。

背景技术

随着全球航运业的快速发展，部分繁忙海域内的交通愈加拥挤。在船舶交通流密集复杂海域，针对船舶间的冲突情形仍然采用航行计划结合人工间隔调配的管制方式已不能适应航运业的快速发展。为保证船舶间的安全间隔，实施有效的冲突预警就成为海域交通管制工作的重点。船舶冲突预警是航海领域中的一项关键技术，安全高效的预警方案对于增加海域船舶流量以及确保海运安全具有重大意义。

为了提高船舶的航行效率，船用雷达自动标绘仪目前已经被广泛应用到船舶监控和避碰中，该设备通过提取船舶相关信息为船舶间冲突情形的判定提供参考依据。而船舶冲突预警是基于对船舶轨迹的预测的基础上，在船舶实际航行中，受气象条件、导航设备以及驾驶员操作等各种因素的影响，它的运行状态往往不完全属于某一特定的运动状态，故目前对船舶轨迹的预测及船舶冲突预警均没有较为准确的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种鲁棒性较好的船舶冲突预警方法，该方法的船舶轨迹预测精度较高，船舶冲突预警的准确性及时效性均较好。

实现本发明目的的技术方案是提供一种船舶冲突预警方法，包括如下几个步骤：

①通过海面雷达获得船舶的实时和历史位置信息，各船舶的位置信息为离散二维位置序列x′＝[x₁′，x₂′，...，x_n′]和y′＝[y₁′，y₂′，...，y_n′]，通过应用小波变换理论对原始离散二维位置序列x′＝[x₁′，x₂′，...，x_n′]和y′＝[y₁′，y₂′，...，y_n′]进行初步处理，从而获取船舶的去噪离散二维位置序列x＝[x₁，x₂，...，x_n]和y＝[y₁，y₂，...，y_n]；

②在每一采样时刻对船舶轨迹数据预处理，依据所获取的船舶原始离散二维位置序列x＝[x₁，x₂，...，x_n]和y＝[y₁，y₂，...，y_n]，采用一阶差分方法对其进行处理获取新的船舶离散位置序列Δx＝[Δx₁，Δx₂，...，Δx_n-1]和Δy＝[Δy₁，Δy₂，...，Δy_n+1]，其中Δx_i＝x_i+1-x_i，Δy_i＝y_i+1-y_i(i＝1，2，...，n-1)；

③在每一采样时刻对船舶轨迹数据聚类，对处理后新的船舶离散二维位置序列Δx和Δy，通过设定聚类个数M′，采用K-means聚类算法分别对其进行聚类；

④在每一采样时刻对船舶轨迹数据利用隐马尔科夫模型进行参数训练，通过将处理后的船舶运行轨迹数据Δx和Δy视为隐马尔科夫过程的显观测值，通过设定隐状态数目N和参数更新时段τ′，依据最近的T′个位置观测值并采用B-W算法滚动获取最新隐马尔科夫模型参数λ′；

⑤在每一采样时刻依据隐马尔科夫模型参数，采用Viterbi算法获取当前时刻观测值所对应的隐状态q；

⑥在每一采样时刻，通过设定预测时域W，基于船舶当前时刻的隐状态q，获取未来时段船舶的位置预测值O，从而在每一采样时刻滚动推测到未来时段内船舶的轨迹；

⑦在每一采样时刻，基于各船舶的运行状态和设定的船舶在海域内运行时需满足的安全规则集，当船舶间有可能出现违反安全规则的状况时，对其动态行为实施监控并为海上交通控制中心提供及时的告警信息。