1.一种基于风险预测的跨海桥梁船撞预警方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取跨海桥梁的结构参数和海域航道参数;
步骤2:确定桥区船撞风险海域;
步骤3:当监测到船舶驶入风险海域后,预警系统开始工作;根据实际情况,利用监测设备获取船舶在当前时刻的位置信息,并结合船舶驶入风险海域后每个采样周期测得的船舶位置信息,得到船舶的航迹样本数据;
步骤4:基于动态回归模型训练船舶航迹样本数据,并预测船舶在下一时刻的位置;
所述步骤4)中具体为:
采用动态回归的方法,以船舶的航迹信息为数据样本,进行动态回归模型的训练,并基于回归模型,预测船舶在下一时刻的位置;进一步地,在所述的动态回归模型中,采用二次2
多项式拟合的方法确定回归方程,回归方程为y=b0+b1x+b2x ,b0,b1,b2为待求的回归系数;
其中,考虑到不同时间的样本数据对拟合回归方程的重要程度不同,在每一个样本数据前增添权重系数,具体为点(xi,yi)的权重系数wi为 为保证所有项的权重之和其中第一项(x1,y1)的权重w1为 回归方程的误差函数为 通过调整b0,b1,b2的取值,使回归方程的误差函数取得最小值,即可求得与当前样本数据集拟合最好的回归方程,将t=t+1代入上述回归方程,即可输出船舶在下一时刻的位置坐标(xt+1,yt+1);
步骤5:利用动态风险模型公式,计算船舶在下一时刻所处位置的撞桥概率;
步骤6:根据桥梁的重要程度设定风险阈值;若步骤5中计算得到的撞桥概率超过设定的风险阈值,则预警系统发出警报,采取应急措施;若计算得到的概率未达到所设定的风险阈值,则继续用监测设备获取船舶在下一时刻的真实位置信息;
步骤7:判断此时船舶是否已经安全过桥,若已经安全过桥,则停止对该船的预警工作,若尚在风险海域,则将下一时刻的船舶真实位置代入上述动态回归模型,并根据新增的下一时刻的位置信息数据,更新整个动态回归模型;
步骤8:预测下个时点船舶可能出现的位置,由此回到步骤4至步骤8的循环,直到预警系统发出警报,或者船舶安全过桥。
2.根据权利要求书1所述的一种基于风险预测的跨海桥梁船撞预警方法,其特征在于,所述步骤1)中的跨海桥梁的结构参数和海域航道参数包括桥梁的跨径、桥墩的尺寸、规划航道的宽度、航道中心线的位置、通过航道船舶的类型、长宽以及过桥速度。
3.根据权利要求书1所述的一种基于风险预测的跨海桥梁船撞预警方法,其特征在于,所述步骤2)具体为:
根据船舶在桥区海域所处位置撞桥风险的大小,将海域划分为异常区域、安全区域与风险海域;其中,对于具有区分上下双航道通航的跨海桥梁而言,风险海域由上下航道边界线、桥轴线、航道边线和风险警戒线围成;对于不分上下航道的跨海桥梁而言,风险海域由两条航道边线、桥轴线和风险警戒线围成;其中,桥墩与航道边线的垂线长度取航道通航代表船型的船宽;风险警戒线距桥轴线的距离取航道通航代表船型停船距离统计值的均值加上3倍的标准差;风险警戒线以外的海域称为安全区域,对于处于安全区域的船舶,判定此船撞击桥梁的风险为0;风险警戒线以内但处在航道外的海域称为异常区域,对于处在异常区域的船舶,直接判定其航行状态异常,需立即采取应急措施,对于处于风险警戒线以内且处于航道内的海域称为风险海域,对于风险海域的船舶,则进入步骤3开始进行风险预测。
4.根据权利要求书1所述的一种基于风险预测的跨海桥梁船撞预警方法,其特征还在于,步骤5)中通过公式 计算船舶撞击主通航桥桥墩的风险大小;其中,P表示船撞桥概率,D表示船离桥轴线的距离,LOA表示船舶长度,λ(s)表示船舶航行s米的失误概率,F(s)表示船舶在航行s米后停下的概率,f(θ)表示船舶的航偏角概率密度分布函数;
λ(s)=α·s
其中,α为船舶每航行单位距离下发生失误的概率,μs,σs分别表示船舶从过桥航速减速至静止锁漂行距离的平均值和标准差,μθ,σθ分别表示船舶航偏角分布的均值和标准差,θ1和θ2分别是船舶刚好从主通航孔桥墩两侧通过时船舶的起始航偏角,θ1和θ2的计算公式为:其中,X0表示桥墩中心点距离航道分界线的距离,BP和BH分别表示桥墩的宽和长,BM和LOA分别表示船舶的宽度和长度,x表示船舶中心点离航道分界线的距离,是船舶初速度和Y轴的夹角。