CN107886773A - 一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法 - Google Patents

一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其包括空间范围约束条件确定、船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件确定及其对应的产生概率P的定义、船舶间距离计算、空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况的量化、船舶所处会遇态势紧迫度量化与表达五个主要部分，该方法以AIS报文中MMSI为船舶标识，通过船舶瞬时位置坐标、船舶长度等数据基于信息量的概念量化船舶所处其与其船舶领域内船舶所构成会遇态势的紧迫度状况。该方法能够辅助交通管理系统监测交通流状况，进而为船舶安全航行提供指导。

Description

一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法
技术领域
本发明涉及船舶交通管理领域，更具体的说，是涉及一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法。
背景技术
为提高船舶航行安全，需要船舶时刻明晰其所处的会遇态势及其紧迫度，从而能够据此及其他相关数据更好地判断会遇态势并采取与他船相协调的避让措施。当船舶在近岸航行时，因交通流较为密集，在船舶驾驶员自身加强瞭望的同时，更需要近岸VTS为船舶提供相应的指导，但当前VTS管理系统及基于交通流密度的交通流状况热力图仅表现了区域内的交通流整体状况，缺乏对区域内船舶间关系以及交通流复杂性的阐述。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，以AIS报文中MMSI为船舶标识，通过船舶瞬时位置坐标、船舶长度等数据基于信息量的概念量化船舶所处其与其船舶领域内船舶所构成会遇态势的紧迫度状况，用于协助VTS管理系统监测区域内交通流整体状况，同时在一定程度阐述区域内船舶间关系及交通流复杂性，辅助海上交通管理人员对其所管辖水域内交通的监管，进而为船舶航行安全提供指导。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，包括以下步骤：
步骤一，空间范围约束条件的确定：以目标船舶为中心并以目标船舶四倍船长为半径建立圆形船舶领域，作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析中空间尺度约束范围的条件；
步骤二，确定船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件并定义基础事件的产生概率；
步骤三，计算船舶间距离：计算目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离；
步骤四，量化空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况；
步骤五，量化并表达船舶所处会遇态势紧迫度。
步骤二中船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件的确定：以船舶与目标船舶间距离作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析的基础事件；
基础事件的产生概率的定义：以目标船舶船舶领域内单艘船舶与目标船舶间的距离和目标船舶与其船舶领域内所有船舶间距离的和的比作为基础事件的产生概率。
步骤三中计算船舶间距离：利用中分纬度算法计算以目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离。
步骤五中船舶所处会遇态势紧迫度的量化，按以下公式计算：
Dλi＝LNGo-LNGi
其中，H为任意时刻目标船舶与其船舶领域内其他船舶所构成会遇态势的紧迫度；di为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件；Pi表示目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件的产生概率；ωi为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件所产生信息量的权重；m为以真北为参考，将360度的空间约束范围分为72个区间，目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；l为以目标船舶船首向为参考，将360度空间约束范围分为船首左、右舷各5度，船尾左、右舷各5度和左、右舷余下区域的四个区间，目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；为目标船舶所在位置处纬度LATo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的差值；Dλi为目标船舶所在位置处经度LNGo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处经度LNGi的差值；为目标船舶所在位置处纬度LATo和其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的中分纬度值；n为进入船舶领域的船舶个数。
步骤五中船舶所处会遇态势紧迫度的表达：将同一时刻船舶领域内各个船舶所对应的船舶所处会遇态势紧迫度数值利用双线性内插方法求出区域内各个位置处紧迫度情况，并以位置坐标为索引将船舶所处会遇态势紧迫度值以二维彩色平面分布图表示。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明基于信息量的概念利用AIS中相关数据，以目标船舶领域为空间尺度约束条件分析目标船舶所处其与其船舶领域内船舶所构成会遇态势紧迫度状况，使得船舶驾驶员实时明晰其所处会遇态势的紧迫度状况，进而提高航行安全警惕性。此外区域内实时船舶所处会遇态势紧迫度的二维彩色平面分布图可协助VTS管理系统监测区域内交通流整体状况，同时在一定程度阐述区域内船舶间关系及交通流复杂性，辅助海上交通管理人员对其所管辖水域内交通的监管，进而为船舶航行安全提供指导。
附图说明
图1是解析示意图；
图2是结构方位分区示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清晰，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，目的在于使得船舶驾驶员实时明晰其所处会遇态势的紧迫度状况，进而提高航行安全警惕性。此外区域内实时船舶所处会遇态势紧迫度值的二维彩色平面分布图能够协助VTS管理系统监测区域内交通流整体状况，同时在一定程度阐述区域内船舶间关系及交通流复杂性，辅助海上交通管理人员对其所管辖水域内交通的监管，进而为船舶航行安全提供指导。
本发明的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，主要由以下五部分组成：空间范围约束条件的确定、船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件确定及其对应的产生概率的定义、船舶间距离计算、空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况的量化、船舶所处会遇态势紧迫度量化与表达。
一、空间范围约束条件的确定主要确定船舶所处会遇态势紧迫度量化分析中的以目标船舶为参考的空间尺度范围。以目标船舶为中心并以目标船舶四倍船长为半径建立圆形船舶领域，作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析中空间尺度约束范围的约束条件。
二、确定船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件并定义基础事件的产生概率：主要是选取合适的指标作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析的基础事件并定义基础事件的产生概率。
船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件的确定：以船舶与目标船舶间距离作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析的基础事件；
基础事件的产生概率的定义：以目标船舶船舶领域内单艘船舶与目标船舶间的距离和目标船舶与其船舶领域内所有船舶间距离的和的比作为基础事件的产生概率。
三、计算船舶间距离主要是计算目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离。利用中分纬度算法计算以目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离。
四、空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况的量化主要是量化空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况。
五、量化并表达船舶所处会遇态势紧迫度：主要是计算目标船舶与其船舶领域内其他船舶所构成会遇态势的紧迫度并可视化表达。
船舶所处会遇态势紧迫度的量化分析，其利用AIS报文信息中船舶位置信息，以4倍目标船舶船长为半径的圆形船舶领域作为空间尺度约束条件，并以MMSI为标识利用公式(1)至(7)计算任意时刻目标船舶与其船舶领域内其他船舶所构成会遇态势的紧迫度H。
Dλi＝LNGo-LNGi (6)
其中，di为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件，其数值由公式(4)计算所得；Pi表示目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件的产生概率，其由公式(2)计算所得；ωi为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件所产生信息量的权重，其由公式(3)计算所得；如图1和图2所示，m为以真北为参考，将360度的空间约束范围分为72个区间，在目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；l为以目标船舶船首向为参考，将360度空间约束范围分为船首左、右舷各5度，船尾左、右舷各5度和左、右舷余下区域的四个区间，目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；为目标船舶所在位置处纬度LATo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的差值；Dλi为目标船舶所在位置处经度LNGo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处经度LNGi的差值；为目标船舶所在位置处纬度LATo和其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的中分纬度值，其由公式(7)计算所得；n为进入船舶领域的船舶个数。
船舶所处会遇态势紧迫度的表达：将同一时刻船舶领域内各个船舶所对应的船舶所处会遇态势紧迫度数值利用双线性内插方法求出区域内各个位置处紧迫度情况，并以位置坐标为索引将船舶所处会遇态势紧迫度值以二维彩色平面分布图表示。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，空间范围约束条件的确定：以目标船舶为中心并以目标船舶四倍船长为半径建立圆形船舶领域，作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析中空间尺度约束范围的条件；
步骤二，确定船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件并定义基础事件的产生概率；
步骤三，计算船舶间距离：计算目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离；
步骤四，量化空间约束范围内他船在目标船舶方位上分布状况；
步骤五，量化并表达船舶所处会遇态势紧迫度。
2.根据权利要求1所述的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其特征在于，步骤二中船舶所处会遇态势紧迫度量化分析基础事件的确定：以船舶与目标船舶间距离作为船舶所处会遇态势紧迫度量化分析的基础事件；
基础事件的产生概率的定义：以目标船舶船舶领域内单艘船舶与目标船舶间的距离和目标船舶与其船舶领域内所有船舶间距离的和的比作为基础事件的产生概率。
3.根据权利要求1所述的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其特征在于，步骤三中计算船舶间距离：利用中分纬度算法计算以目标船舶与其船舶领域内船舶间的距离。
4.根据权利要求1所述的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其特征在于，步骤五中船舶所处会遇态势紧迫度的量化，按以下公式计算：
<mrow> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>m</mi> <mn>72</mn> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mi>l</mi> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>g</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
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Dλi＝LNGo-LNGi
其中，H为任意时刻目标船舶与其船舶领域内其他船舶所构成会遇态势的紧迫度；di为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件；Pi表示目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件的产生概率；ωi为目标船舶领域内第i条船舶距离目标船舶的基础事件所产生信息量的权重；m为以真北为参考，将360度的空间约束范围分为72个区间，目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；l为以目标船舶船首向为参考，将360度空间约束范围分为船首左、右舷各5度，船尾左、右舷各5度和左、右舷余下区域的四个区间，目标船舶空间约束尺度范围内他船所占据的区间个数；为目标船舶所在位置处纬度LATo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的差值；Dλi为目标船舶所在位置处经度LNGo与其船舶领域内第i条船舶所在位置处经度LNGi的差值；为目标船舶所在位置处纬度LATo和其船舶领域内第i条船舶所在位置处纬度LATi的中分纬度值；n为进入船舶领域的船舶个数。
5.根据权利要求1所述的基于信息量的船舶所处会遇态势紧迫度量化分析方法，其特征在于，步骤五中船舶所处会遇态势紧迫度的表达：将同一时刻船舶领域内各个船舶所对应的船舶所处会遇态势紧迫度数值利用双线性内插方法求出区域内各个位置处紧迫度情况，并以位置坐标为索引将船舶所处会遇态势紧迫度值以二维彩色平面分布图表示。
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