CN101639988A - 避免船只碰撞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种避免船只碰撞的方法，有如下步骤：程序初始化；读取任意两只船的信息，预测该船只轨迹；判断两只船的预测轨迹是否相交，不相交返回第2步骤继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；相交，则求出交点并进入下一步骤；求出交点，利用墨卡托投影变换公式求相交船只到交点的距离，以及船只到交点的时间域；判断两船只的时间域是否有交集，没有交集返回第2步继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；有交集则进入下一步骤；发出警报。本发明采用墨卡托投影变换计算出的任意两点的距离更加精确，预测的结果更加准确；并采用了时间域的判断方法，可以更全面的预测船只航行到指定地点所需要的时间，提高了预测结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种船只避撞方法，特别是涉及一种可以更全面的预测船只航行到指定地点所需要的时间，提高预测结果可靠性的避免船只碰撞的方法。
背景技术
船只避碰是船只航行过程中保证航行安全的经常性行动。以往航海界研究的避碰系统中，信息源部分长期依靠雷达以及一些人工输入的信号，近年来虽有GPS等新的信息源的加入，但是雷达信息的不准确性仍然没有得到解决。对于其他的避碰系统，其对于船只避碰的算法都过于复杂，计算量大而且所消耗的计算储存空间多。AIS系统(船舶自动识别系统)的优点就是可以实时、不间断的接收船只的动态信息，而且接收到的信息量大，信息准确。对于一个海港来说，用户所要监视的船只肯定会有很多，接收的数据量很大，对于船只避碰的计算量会很大，消耗的计算储存空间也会很大，而且对于船只避碰的预测也不一定准确，这样就体现不出AIS系统的实时准确的优点。所以采用一个简单而有效的算法来进行船只避碰的预警是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种根据船只的基本信息来判断在未来时间两船是否存在相撞的可能，提高预测结果可靠性的避免船只碰撞的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种避免船只碰撞的方法，包括如下步骤：
1)程序初始化；
2)读取任意两只船的信息，预测该船只轨迹；
3)判断两只船的预测轨迹是否相交，不相交返回第2步骤继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；相交，则求出交点并进入下一步骤；
4)求出交点，利用墨卡托投影变换公式求相交船只到交点的距离，以及船只到交点的时间域；
5)判断两船只的时间域是否有交集，没有交集返回第2步继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；有交集则进入下一步骤；
6)发出警报。
所述的初始化，包括与存储有船只所处位置的经纬度、船只的航向、船只的速度、信号发射器距船首距离的数据库进行连接。
所述的读取船只信息，是读取船只的经纬度、船只的航向和船只的速度；
所述的预测船只轨迹，是根据船只的经纬度和船只的航向进行预测，其预测轨迹为一射线：y-B＝K(x-A)。
所述的判断两只船的预测轨迹是否相交，是判断这两只船的射线轨迹是否相交。
所述的判断两只船的时间域是否有交集，是分别读取设定时间内每一船只的最大速度Vmax与最小速度Vmin，求出该船只航行到交点所需的最短时间Tmin＝distance/Vmax与最长时间Tmax＝distance/Vmin，确定出该船只航行到相撞点的时间域。
所述的有交集发出警报，是在判断两只船的时间域存在交集时，系统发出警告，在海图上显示两只船可能相撞的地点，以及可能相撞的时间段。
本发明的避免船只碰撞的方法，采用了墨卡托投影变换来计算地球上任意两点的距离，墨卡托投影变换已经应用于航海图数百年，具有很高的精度性，计算出的距离更加精确，使预测的结果更加准确；采用了时间域的判断方法，可以更全面的预测船只航行到指定地点所需要的时间，提高了预测结果的可靠性。
附图说明
图1是本发明避免船只碰撞的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本发明的避免船只碰撞的方法是如何实现的。
本发明的基本原理是：根据最新接收到的船只地理位置和航向可以确定一条射线，如果该船只保持航向不变的情况下航行，这条射线就应该是该船只的未来航行轨迹。由坐标系上一点(船只的经纬度)和斜率(船只的航向)可以确定一条射线。同理，可以对任意船只进行航行轨迹的预测。对船只轨迹进行预测之后，就可以判断两只船的未来轨迹是否会相交，如果两只船未来轨迹相交说明两只船在未来某时刻可能会相撞；如果两只船未来轨迹不相交，两只船在未来就应该不会相撞。如果有交点，可以根据此时船只的经纬度求出该船到交点的距离，我们采用墨卡托投影变换公式来求地球上两点之间的距离。对船只一段时间内的速度进行分析，可以确定一个速度范围，即一个最大速度和最小速度。根据求得的船只的最大速度可以预测一个船只航行到交点的最短航行时间，根据求得船只的最小速度可以预测一个船只航行到交点的最长航行时间，这样就预测出船只航行到交点的一个时间域。通过对比两只船航行到交点的时间域，如果两个时间域没有交集说明两船只在交点相撞的可能性很小，如果有交集说明两船只很有可能在交点相撞，而且这个时间的交集就是可能的相撞时间段。本系统根据基站接收到的实时信息来对所有的船只进行航线的预测，预测任意两只船是否有相撞的可能性，并向监视人员发出警报，显示相应的相撞地点，相撞距离以及相撞时间段。
如图1所示，本发明的避免船只碰撞的方法，具体包括如下步骤：
1)程序初始化；
包括与存储有船只所处位置的经纬度、船只的航向、船只的速度、信号发射器距船首距离的数据库进行连接。所述的数据库是建立在计算机上，并通过基站来接收船只的信息。
2)读取任意两只船的信息，预测该船只轨迹；
读取船只的经纬度A、B，船只的航向K和船只的速度V；
3)判断两只船的预测轨迹是否相交，不相交返回第2步骤继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；相交则求出交点C，D并进入下一步骤；
所述的判断是根据船只的经纬度A、B和船只的航向K进行的，既是判断两条射线是否相交，假定船只一直沿航向K航行，那么该船只的航线就是应该是一条射线，即预测轨迹为一射线：y-B＝K(x-A)，所述的判断两只船的预测轨迹是否相交，是判断这两只船的射线轨迹是否相交。
具体是：建立方程组y-B1＝K1*(x-A1)、y-B2＝K2*(x-B2)，如果两条射线没有交点，那么两只船就不会相碰，如果有交点，求出交点(C，D)，C＝(B2-B1-K1*A1+K2*A2)/(K2-K1)、D＝(K2*B1-K1*B2+K2*A2-K2*A1)/(K2-K1)，那么(C，D)点就有可能是两只船的碰撞地点。
4)利用墨卡托投影变换公式求相交船只到交点(C，D)的距离(distance)，以及船只到交点(C，D)的时间域；
具体是：分别读取设定时间内每一船只的最大速度Vmax与最小速度Vmin，求出该船只航行到交点(C，D)所需的最短时间Tmin＝distance/Vmax与最长时间Tmax＝distance/Vmin，确定出该船只航行到相撞点的时间域(Tmin，Tmax)。
所述的墨卡托投影变换公式：
x＝r0*λ
y＝r0*q
式中：q——等量纬度
r0——基准纬度的纬圈半径
N0——基准纬度处椭球的圈曲率半径
x，y——变换的输出：墨卡托直角坐标
a——地球椭球长半径，其值约为6378137.0(米)
e——椭球体第一偏心率，其值约为0.08189
5)判断两船只的时间域是否有交集，没有交集返回第2步继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；有交集则进入下一步骤；
6)发出警报。有交集，说明船只存在相撞的可能性，这个交集就是可能的相撞时间段，因此，在判断两只船的时间域存在交集时，系统发出警告，在海图上显示两只船可能相撞的地点，以及可能相撞的时间段。
Claims (7)
1.一种避免船只碰撞的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)程序初始化；
2)读取任意两只船的信息，预测该船只轨迹；
3)判断两只船的预测轨迹是否相交，不相交返回第2步骤继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；相交，则求出交点(C，D)并进入下一步骤；
4)求出交点(C，D)，利用墨卡托投影变换公式求相交船只到交点(C，D)的距离(distance)，以及船只到交点(C，D)的时间域；
5)判断两船只的时间域是否有交集，没有交集返回第2步继续读取其他任意两只船的信息，预测其他船只轨迹；有交集则进入下一步骤；
6)发出警报。
2.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的初始化，包括与存储有船只所处位置的经纬度、船只的航向、船只的速度、信号发射器距船首距离的数据库进行连接。
3.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的读取船只信息，是读取船只的经纬度(A、B)、船只的航向(K)和船只的速度(V)。
4.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的预测船只轨迹，是根据船只的经纬度(A、B)和船只的航向(K)进行预测，其预测轨迹为一射线：y-B＝K(x-A)。
5.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的判断两只船的预测轨迹是否相交，是判断这两只船的射线轨迹是否相交。
6.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的判断两只船的时间域是否有交集，是分别读取设定时间内每一船只的最大速度Vmax与最小速度Vmin，求出该船只航行到交点(C，D)所需的最短时间Tmin＝distance/Vmax与最长时间Tmax＝distance/Vmin，确定出该船只航行到相撞点的时间域(Tmin，Tmax)。
7.根据权利要求1所述的避免船只碰撞的方法，其特征在于，所述的有交集发出警报，是在判断两只船的时间域存在交集时，系统发出警告，在海图上显示两只船可能相撞的地点，以及可能相撞的时间段。
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