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专利号: 2024106216709
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海域船舶交通冲突的风险量化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、获取海域航道中的船舶AIS数据;

S2、对船舶AIS数据进行预处理,得到船舶的MMSI、时间戳、位置、类型、速度和航向;

S3、对海域航道进行划分,获得航道研究区域;

S4、基于船舶横向运动模型,结合船舶重量、船舶速度和船舶转向时的转向角度,建立船舶动态船域, ,式中,为船域半径, 为船舶质量,为船舶的速度,为舵角,为常数;

所述船舶动态船域的建立方法为:S41、建立力学模型:将船舶视为质点,船舶因受到舵力的作用而产生转向,在船舶转向时受到一个侧推力 : ,其中, 为船舶质量,为船舶的横向加速度;

S42、船舶受力分析:舵产生的侧推力 与舵角 之间的关系由舵的水动力学性质得出:,式中,为常数;

S43、确定船域半径:在船舶转向时,其路径为一段圆弧,由于船舶在转弯时存在向心力,使用向心力公式来计算: ,式中, 是船舶的向心力,是船舶的速度,为船域半径;

S44、平衡受力:船舶在转弯时,向心力由侧推力提供,将向心力和侧推力平衡:,得到船域半径 : ;

S5、建立船舶交通冲突检测模型,结合船舶动态船域,对航道研究区域中的船舶进行船舶交通冲突检测,所述船舶交通冲突包括两船碰撞冲突;

在步骤S5中,判断船舶 和船舶 是否发生碰撞冲突的方法为:S51、假设 表示船舶 在行驶时间 的坐标位置, 和 分别表示船舶 在行驶时间 的速度和航向,同理假设 表示船舶 在行驶时间 的坐标位置, 和分别表示船舶 在行驶时间 的速度和航向,船舶 与船舶 在行驶时间 内的相对速度 :;

S52、在行驶 时间的船舶 和船舶 之间的距离 :;

S53、两船相对速度 与两船之间距离 的夹角 :;

S54、设 表示以船舶 为圆心的船域半径,如果船舶 在下一个时间间隔不会进入船舶 的船域半径内,则在行驶时间 的最大航行距离 :,当且仅当满足条件

时,船舶 在时间 与船舶 发生碰撞冲突事件,式中, 表示船舶继续行驶的时间;

S55、通过以下公式判断两船是否发生碰撞冲突事件:,式中,  表示船舶 在行

驶时间 后所处位置的经度, 表示船舶 在行驶时间 后所处位置的纬度, 表示船舶 在行驶时间 后所处位置的经度, 表示船舶 在行驶时间后所处位置的纬度;

S6、建立船舶交通冲突严重程度模型,对发生交通冲突的船舶量化交通冲突的严重程度。

2.根据权利要求1所述的海域船舶交通冲突的风险量化方法,其特征在于,在步骤S2中,对船舶AIS数据进行预处理的方法包括:检查提取的船舶AIS数据的类型,确保每列的数据类型正确,处理异常值和重复值;检查船舶AIS数据中是否存在缺失值,当缺失值少于10%时,使用插值法或者填充法进行处理,当缺失值超过10%时,则删除缺失值。

3.根据权利要求2所述的海域船舶交通冲突的风险量化方法,其特征在于,在步骤S6中,对发生交通冲突的船舶量化交通冲突的严重程度的方法为:S61、设船舶 为目标船,船舶 为本船,确定船舶 和船舶 的最近会遇距离 :,式中,为达到最近会遇距离的船舶行驶时间, 为行驶 时间的船舶 和船舶 之间的距离, 为两船相对速度 与两船之间距离 的夹角;

S62、当目标船侵入到本船的船域内,根据两艘船在行驶中的相对位置和所需的避碰行动,将两船舶相遇分为三种风险等级局面,分别为存在风险局面、紧迫局面和危险局面;

根据对海域中船舶最近会遇距离 以及最近会遇时间 统计分析,将船域半径 按照每个风险域边界半径与受限船域船舶中心半径之比为2:3:5来进行划分,进行船舶交通冲突的严重程度的量化;

,其中, 表示目标船与本船之间处于危

险局面, 表示目标船与本船之间处于紧迫局面, 表示目标船与本船之间处于存在风险局面。