CN105096660B - 一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，包括以下步骤，(a）、基于已创建的船舶航道三维虚拟场景，获取船舶的状态信息；（b）、依据三维场景中船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类；（c）、采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间最小安全距离；（d）、进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告。本发明能够直观、准确地预判出在航道三维场景中处于潜在碰撞危险中的船舶，该方法具有准确性、低运算代价及低干扰率，有良好的应用前景。

Description

一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法

技术领域

本发明涉及一种基于碰撞分类检测的安全预警方法，属于计算机图形学技术领域。

背景技术

内河航运是国民经济重要的基础性和服务性产业，是综合运输体系的重要组成部分。在近年国家经济增长带动航运业快速发展的同时，水上交通安全形势也变得更加严峻。随着海事信息化的发展，监管重点由事后应急向事前预警转变。船舶的智能防撞预警技术作为智能船舶的关键技术，因为能够大幅度减少海上交通事故、提高航行的安全性而受到人们的日益关注。

目前船舶的碰撞检测常使用距离、时间或其他相关的指标作为判断条件，其算法有安全角度算法、安全区域算法、安全距离算法、碰撞时间算法和数据挖掘等。安全距离算法、安全角度算法和安全区域算法只能针对直线碰撞的问题；数据挖掘方法需建立知识库；碰撞时间算法虽能解决各个方向的碰撞问题，但是算法复杂、运算代价大，不易实现。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于碰撞分类检测的安全预警方法，直观、准确地发现船舶航行中的危险，预防水上交通事故的发生。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，包括以下步骤：

(a)、基于已创建的船舶航道三维虚拟场景，获取船舶的状态信息；

(b)、依据船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类；

(c)、采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间的最小安全距离；

(d)、进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告。

其中，所述步骤(a)中运动船舶的状态信息包括船舶的位置、运动速度、运动方向和历史运动轨迹。

其中，所述步骤(b)中依据船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类，包括以下步骤：

(b1)、根据步骤(a)中船舶的状态信息，任意i条船舶位置为(lx_i,ly_i)，速度为(v_xi,v_yi)，j条船舶位置(lx_j,ly_j)，速度为(v_xj,v_yj)，两船舶的相对角为α_i、α_j，行驶方向角为β_i、β_j，相对行驶方向角为θ_i、θ_j，求出两船舶的相对行驶方向角，当α_i＞0时，θ_i＝α_i-β_i，当α_i＜0时，θ_i＝β_i-α_i，θ_i∈[-180°,180°)，当α_j＞0时，θ_j＝α_j-β_j，当α_j＜0时，θ_j＝β_j-α_j，θ_j∈[-180°,180°)，其中，两条船舶的相对角：两条船舶的行驶方向角：

(b2)、根据两船舶的相对行驶方向角，进行相对分析，将船舶碰撞类型分为五种类型：①|θ_i|＞90°,|θ_j|＞90°，两船舶远离；②|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；③|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇；④|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；⑤|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇。

其中，所述步骤(c)中采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间最小安全距离，包括以下步骤：

(c1)、当船舶相互远离，此情况船舶不会发生碰撞，不做判断；

(c2)、当两船舶可能并线或交叉相遇，存在碰撞可能，根据计算碰撞点位置(lx_c,ly_c)，再根据计算出两条船舶到达碰撞点的时间；

(c3)、当两条船舶可能直线相遇或弯道相遇，存在碰撞可能，两条船舶的最小安全距离D_i＝D_rsinθ_i，其中

其中，所述步骤(d)中进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告，包括以下步骤：

(d1)、当两条船舶可能并线或交叉相遇时，根据步骤(c2)两条船舶到达碰撞点的时间，如果|TTX_i-TTX_j|＜α，则发出碰撞警告；

(d2)、当两条船舶可能直线或弯道相遇时，根据步骤(c3)两条船舶间最小安全距离，如果D_i＜β，则发出碰撞警告。

其中，所述步骤(d1)中α为10s，所述步骤(d2)中β为最小安全距离，为10m。

本发明提供一种基于碰撞分类检测的安全预警方法，能够直观、准确地预判出在航道三维场景中处于潜在碰撞危险中的船舶，该方法具有准确性、低运算代价及低干扰率，有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法的流程图。

图2是本发明的航道中船舶可能的航行状态图。

图3是本发明的基于船舶相对行驶情况的5种碰撞类型图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，包括以下步骤：

(a)、基于已创建的船舶航道三维虚拟场景，获取船舶的状态信息；

(b)、依据船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类；

(c)、采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间的最小安全距离；

(d)、进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告。

其中，所述步骤(a)中运动船舶的状态信息包括船舶的位置、运动速度、运动方向和历史运动轨迹。

其中，所述步骤(b)中依据船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类，包括以下步骤：

(b1)、根据步骤(a)中船舶的状态信息，任意i条船舶位置为(lx_i,ly_i)，速度为(v_xi,v_yi)，j条船舶位置(lx_j,ly_j)，速度为(v_xj,v_yj)，两船舶的相对角为α_i、α_j，行驶方向角为β_i、β_j，相对行驶方向角为θ_i、θ_j，求出两船舶的相对行驶方向角，当α_i＞0时，θ_i＝α_i-β_i，当α_i＜0时，θ_i＝β_i-α_i，θ_i∈[-180°,180°)，当α_j＞0时，θ_j＝α_j-β_j，当α_j＜0时，θ_j＝β_j-α_j，θ_j∈[-180°,180°)，其中，两条船舶的相对角：两条船舶的行驶方向角：

(b2)、根据两船舶的相对行驶方向角，进行相对分析，将船舶碰撞类型分为五种类型：①|θ_i|＞90°,|θ_j|＞90°，两船舶远离；②|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；③|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇；④|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；⑤|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇。

其中，所述步骤(c)中采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间最小安全距离，包括以下步骤：

(c1)、当船舶相互远离，此情况船舶不会发生碰撞，不做判断；

(c2)、当两船舶可能并线或交叉相遇，存在碰撞可能，根据计算碰撞点位置(lx_c,ly_c)，再根据计算出两条船舶到达碰撞点的时间；

(c3)、当两条船舶可能直线相遇或弯道相遇，存在碰撞可能，两条船舶的最小安全距离D_i＝D_rsinθ_i，其中

其中，所述步骤(d)中进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告，包括以下步骤：

(d1)、当两条船舶可能并线或交叉相遇时，根据步骤(c2)两条船舶到达碰撞点的时间，如果|TTX_i-TTX_j|＜α，则发出碰撞警告；

(d2)、当两条船舶可能直线或弯道相遇时，根据步骤(c3)两条船舶间最小安全距离，如果D_i＜β，则发出碰撞警告。

其中，所述步骤(d1)中α为10s，所述步骤(d2)中β为最小安全距离，为10m。

综上所述，本发明提供的一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，首先，基于已创建的船舶航道三维虚拟场景，获取运动船舶的状态信息；其次，依据三维场景中运动船舶的相对行驶角对碰撞类型进行分类；然后，采用不同的碰撞判断方法，计算船舶间最小安全距离；最后进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)、基于已创建的船舶航道三维虚拟场景，获取船舶的状态信息；

(b)、依据船舶的相对行驶方向角对碰撞类型进行分类；

(b1)、根据步骤(a)中船舶的状态信息，任意i条船舶位置为(lx_i,ly_i)，速度为(v_xi,v_yi)，j条船舶位置(lx_j,ly_j)，速度为(v_xj,v_yj)，两船舶的相对角为α_i、α_j，行驶方向角为β_i、β_j，相对行驶方向角为θ_i、θ_j，求出两船舶的相对行驶方向角，当α_i＞0时，θ_i＝α_i-β_i，当α_i＜0时，θ_i＝β_i-α_i，θ_i∈[-180°,180°)，当α_j＞0时，θ_j＝α_j-β_j，当α_j＜0时，θ_j＝β_j-α_j，θ_j∈[-180°,180°)，其中两条船舶的相对角：

两条船舶的行驶方向角：β_i,β_j∈[-180°,180°)；

(b2)、根据两船舶的相对行驶方向角，进行相对分析，将船舶碰撞类型分为五种类型：①|θ_i|＞90°,|θ_j|＞90°，两船舶远离；②|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；③|θ_i|＞90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇；④|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j同号，两船舶可能并线或交叉相遇；⑤|θ_i|＜90°,|θ_j|＜90°,θ_i,θ_j异号，两船舶可能直线相遇或弯道相遇；

(c)、采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间的最小安全距离；

(d)、进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告。

2.根据权利要求1所述的一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，其特征在于：所述步骤(a)中运动船舶的状态信息包括船舶的位置、运动速度、运动方向和历史运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，其特征在于：所述步骤(c)中采用不同的碰撞类型判断方法，计算船舶间最小安全距离，包括以下步骤：

(c1)、当船舶相互远离，此情况船舶不会发生碰撞，不做判断；

(c2)、当两船舶可能并线或交叉相遇，存在碰撞可能，根据计算碰撞点位置(lx_c,ly_c)，再根据 计算出两条船舶到达碰撞点的时间；

(c3)、当两条船舶可能直线相遇或弯道相遇，存在碰撞可能，两条船舶的最小安全距离D_i＝D_rsinθ_i，其中

4.根据权利要求3所述的一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，其特征在于：所述步骤(d)中进行碰撞判断，对处于危险情况的船舶发出安全警告，包括以下步骤：

(d1)、当两条船舶可能并线或交叉相遇时，根据步骤(c2)两条船舶到达碰撞点的时间，如果|TTX_i-TTX_j|＜α，则发出碰撞警告；TTX_i表示第i条船到达碰撞点的时间；TTX_j表示第j条船到达碰撞点的时间；α表示设定的最小安全时间；

(d2)、当两条船舶可能直线或弯道相遇时，根据步骤(c3)两条船舶 间最小安全距离，如果D_i＜β，则发出碰撞警告，β表示设定的最小安全距离。

5.根据权利要求4所述的一种基于碰撞分类检测的船舶安全预警方法，其特征在于：所述步骤(d1)中α为10s，所述步骤(d1)中β为最小安全距离，为10m。