[发明专利]一种基于最小安全距离模型的船舶概率冲突检测方法

说明书

本发明公开了一种基于最小安全距离模型的船舶概率冲突检测方法，包括以下步骤：S1，获取本船和周围目标船的船舶信息；S2，计算目标船相对于本船的相对方位和相对距离；S3，筛选预设时间段内在指定方位区间上本船与周围目标船之间的最小安全距离；S4，对筛选出的最小安全距离进行数据点去噪；S5，构建MSD与船长、航速、相对方位的数学模型；S6，基于蒙特卡洛思想根据船舶航速的概率密度函数生成随机采样点，在船舶不确定性运动方程模型中插入每个随机样本点，利用确定性求解器对冲突概率进行求解。该方法可以帮助船舶驾驶员在航行中及时发现冲突较高的船舶，更精准、快速地了解航行风险，从而做出规避风险的操纵决策，提高航行的安全性。

技术领域

本发明属于水上交通安全技术领域，具体涉及一种基于最小安全距离模型的船舶概率冲突检测方法。

背景技术

船舶航行安全是全球海事发展和研究的首要问题，它是提高航运效率、港口运营管理、防止生命财产损失、环境污染的最根本前提。为了满足日益增长的水上运输需求，船舶数量日益增长、吨位增大、航速提升，水域内船舶交通密度增加。相关研究表明，船舶碰撞是最常见的事故类型之一。船舶航行风险是航行安全的核心内容。船舶碰撞风险一直是一个重要的研究课题。这反映在研究人员越来越重视开发和应用以风险和概率为基础的海上交通安全方法，达到预防海上事故的目的。对船舶安全航行而言，实时动态风险管理是船舶驾驶的重要依据，精准的航行风险感知是船舶智能航行和决策的基础和前提。

传统上，水上碰撞风险使用历史碰撞数据建模。在大多数情况下，这种建模方法会因为数据量少而受到阻碍。这也是一种不道德和被动的安全管理方法，因为它依赖于碰撞数据。AIS数据提供了大量的船舶航行信息，这些来自AIS的数据已被用于许多海上交通安全与风险的评估研究，以提供对海上交通特征及相关风险的更加深入的理解。基于AIS数据的交通冲突检测方法将为以积极主动的方式理解和管理水上碰撞风险提供更广阔的前景。交通冲突事件比事故发生得更频繁，因此，为此类事件建立更大的数据库更为可行。它将为航行安全分析提供一种道德上有吸引力的替代方法，以取代基于碰撞数据的方法，进行快速、可靠和有效的安全评估，更好地理解碰撞风险和船舶交通特征之间的关系。

公开号为CN111833657A的中国专利公开了一种船舶避碰方法、系统和存储介质，方法包括以下步骤：获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向。本发明通过根据获取的第一信息分析当前船舶的会遇状态，并根据会遇状态绘制船舶碰撞风险图，然后根据碰撞风险图确定当前船舶的多个安全航速和多个安全航向，使得船舶驾驶人员在同一时刻可选有多种避碰操作的航速和航向选择，以在一定程度上有效降低船舶碰撞事故的发生概率。

在AIS数据中侦测交通冲突事件的研究可以归纳为以下4类：

1)基于船舶会遇几何参数的航行风险研究；

2)综合指标法构造船舶碰撞风险模型研究；

3)基于船舶领域的航行冲突侦测研究；

4)基于安全边界作为冲突判断标准的相关研究；

前两类方法的不足之处是：船与船之间空间和时间上的邻近度通常被分开考虑或合并为特定的数值或解析式作为确定碰撞候选的指标，难以确定和表达这些解析式的物理意义；后两类研究大多选取静态的临界冲突直径，但在实际航行过程中由于船舶转向、变速、风流等因素的影响，临界冲突直径的大小在不断发生变化；其交通冲突侦测模型没有考虑到船舶会遇的过程中速度、航向等的动态性和不确定性，假定船只在会遇的过程中以恒定速度直线航行，计算的结果与实际情况存在一定偏差。

国内外航海技术界专家学者普遍采用船舶领域作为判断船舶间是否存在交通冲突的依据。船舶领域体现了船舶驾驶员对不同方位目标船最小安全距离的要求。船舶领域尺度与船舶类型、船舶长度、速度及会遇态势等因素密切相关。