[发明专利]一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法

权利要求书

1.一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，包括以下步骤：

步骤1：船舶尺寸建模

航行中的船舶用矩形表示，船舶领域用四个顶点：左上，右上，右下，左下表示，通过AIS获取船舶的MMSI号码、经纬度、航向、航速、航迹向、长度以及宽度；

通过公式(1)获得船舶经纬度对应的坐标(x,y)；

公式(2)计算参照点处纬圈半径和经圈半径r_orilat、r_orilon；

公式(3)计算船舶经纬度与参考点经纬度间的经度和纬度差△_λ、

采用WGS84坐标系，椭球参数如下：

长半轴长：6378137；短半轴：6356752.314；扁率：1：298.257223563；

其中，是第一偏心率，

通过公式(4)获得极坐标系下船舶方向角度φ，其中θ_ori是AIS数据中的航向；

根据几何关系，可求得四个顶点的坐标：

船长为l，船宽为w，船舶位置为(x,y)，映射后船舶艏向角为φ；对任意象限，四个顶点通过公式(5)确定；

其中，公式(6)-(7)计算船舶前端和后端中点的横纵坐标x_fm,y_fm,x_am,y_am；

通过公式(8)-(9)可以计算左上、右上、右下和左下顶点相对于前端和后端中点在x方向的偏移dx_fl,dx_fr,dx_ar,dx_al和在y方向的偏移dy_fl,dy_fr,dy_ar,dy_al：

将计算得到的船舶四个顶点的坐标通过距离映射，以点(x,y)为例，通过公式(10)得到船舶四个顶点位置的经纬度坐标

步骤2：构建两船间速度障碍区

将本船与他船的中心点经纬度和船舶顶点经纬度应用公式(11)投影至墨卡托坐标系(x_mokatuo,y_mokatuo)；

步骤3：速度障碍区圆心角与速度障碍扩展区计算

在不同的象限下，速度障碍区圆心角CA1与CA2的确定方法如下：

a)在墨卡托坐标系下，根据边缘碰撞点和本船与他船的中心点坐标，计算α,β_min,β_max，并将这三个角度都转换到[0,2π]范围内；

b)CA1表示β_max与α差值的绝对值，CA2表示β_min与α差值的绝对值；

c)将CA1与CA2转换到[0,2π]范围内；

速度障碍扩展区CA3和CA4分别由CA1与CA2离两船中心点连线较远的边向远离两船中心点连线方向扩展得到；

步骤4：DVOI的计算

DVOI表示本船对他船形成的速度障碍区的侵入程度；计算公式见公式(12)；

式中，角度δ为相对速度方向与两船中心点连线方向的夹角，其值小于π；

DVOI越小，说明本船对他船的速度障碍区侵入程度越低，即两船间航行危险度较低；

步骤5：TVOI的计算

当相对速度落于速度障碍区CA1+CA2时，可计算侵入他船速度障碍区的时间；

当相对速度落于速度障碍扩展区CA3或CA4时，可计算本船到达距离他船最近点的时间；

a)侵入他船速度障碍区的最短距离

分别以本船和他船各顶点为起点，作沿相对航向方向与相对航线反方向的射线，以此确定本船所有顶点对他船的碰撞轨迹；计算所有侵入速度障碍区的最短距离D_min；

b)到达距离他船最近点的距离

当相对速度方向在速度障碍扩展区时，过本船的四个顶点，分别做平行于相对速度方向的直线，计算他船各顶点到直线的距离，对应距离最小的他船顶点就是航行过程中最靠近本船点，该点到对应直线的垂足就是本船距离他船最近定点轨迹的长度为d_min；

综上，公式(13)是TVOI的计算公式:

其中v_r是两船相对速度大小。

2.根据权利要求1所述的一种在内河航行中船舶之间危险度的评估方法，其特征在于：

所述的步骤2针对a)距离较远与b)距离较近两种情形，分别确定速度障碍区；

a)距离较远情况：当他船各个顶点到y轴的距离均大于本船各个顶点到y轴距离时本船4个顶点与他船4个顶点两两相连，获得的连线中，斜率最大值和斜率最小值即为速度障碍区两个边界线斜率；记最大和最小斜率分别为edgeK_max,edgeK_min，与其对应的直线分别由点edgePO_max,edgePT_max和edgePO_min,edgePT_min连接而成；

其中，edgePO_max/min是本船上的顶点，edgePT_max/min是他船上的顶点；

分别以edgeK_max和edgeK_min为斜率，过本船中心点作两条靠近两船中心点连线的射线，形成的包含两船中心点连线的扇形区域即为速度障碍区，竖线填充的矩形是本船，网格线填充的是他船；建立以本船中心的墨卡托坐标为原点的相对墨卡托坐标系；

b)距离较近情况：当他船各个顶点中，存在一点到y轴距离不大于本船任意顶点到y轴距离时

将坐标系逆时针旋转90°，按照a)中步骤构建速度障碍区，然后将坐标系顺时针旋转90°获得速度障碍区。