[发明专利]一种基于AIS的船舶-航标碰撞危险度估算方法

权利要求书

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L_a，最大的最近会遇距离记为L_b；

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＝(F_x(L_b)-F_x(L_a))×(1-F_s(u))

进一步依据船舶历史航速、船舶静态信息和水流速度信息计算不同时间段后的船-航标碰撞危险度阈值

其中P_e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。

2.根据权利要求1所述的一种基于AIS的船舶-航标碰撞危险度估算方法，其特征在于：在步骤S1中，所述航标A的位置信息包括所在水道的水位和流速信息。