CN108229723B - 一种船舶漂移路径的预测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种船舶漂移路径的预测方法和系统，属于海上搜救技术领域。其中，该方法包括：根据获取到的第一参数信息确定船舶受到的空气作用力，根据获取到的第二参数信息确定船舶受到的水流作用力，根据空气作用力、水流作用力和预先设置的平衡规则确定船舶的船速和船偏角，根据船速、船偏角和预先设置的计算规则确定船舶的漂移速度，根据漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径。通过本实施例提供的技术方案，实现了全面考虑风和水等因素对船舶的漂移路径的影响，从而实现了高效且精准的确定漂移路径的技术效果。

Description

一种船舶漂移路径的预测方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及海上搜救技术领域，尤其涉及一种船舶漂移路径的预测方法和系统。

背景技术

随着海洋开发的规模日益扩大，且海上活动(军事或民事活动)的频繁，但由于海况的不确定性等其它因素，海难事件逐渐增多，于是海难事件越发受到人们的关注。海难事故不仅会造成人员伤亡和财产的损失，还会给社会的发展带来不良影响。因此，沿海国家越来越重视海上搜救工作。对于快速发展的海上运输业和海上捕捞业，海上搜救行动能够给人员及财产的安全提供不可替代的保障作用。

在现有技术中，漂移路径的预测方法主要为使用经验公式用风压漂移模型进行漂移轨迹计算。所以，合理且高效的确定船舶漂移路径成了亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种船舶漂移路径的预测方法和系统。

根据本发明实施例的一个方面，本发明实施例提供了一种船舶漂移路径的预测方法，所述方法包括：

根据获取到的第一参数信息确定船舶受到的空气作用力，其中，所述第一参数信息包括：第一系数、空气的质量密度、第一船舶面积、风对船舶的相对速度和风拖曳系数；

根据获取到的第二参数信息确定所述船舶受到的水流作用力，其中，所述第二参数信息包括：第二系数、水的质量密度、第二船舶面积、水对船舶的相对速度和水拖曳系数；

根据所述空气作用力、所述水流作用力和预先设置的平衡规则确定所述船舶的船速和船偏角；

根据所述船速、所述船偏角和预先设置的计算规则确定所述船舶的漂移速度；

根据所述漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径。

通过本实施例提供的：根据第一参数信息确定空气作用力，根据第二参数信息确定水流作用力，根据空气作用力、水流作用力和平衡规则确定船速和船偏角，根据船速、船偏角和计算规则确定漂移速度，根据漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径的技术方案，一方面，避免了现有技术中使用经验公式用风压漂移模型进行漂移轨迹计算时，不能精准获知漂移路径的技术弊端；另一方面，实现了全面考虑风和水等因素对船舶的漂移路径的影响，从而实现了高效且精准的确定漂移路径的技术效果。

进一步地，所述水流作用力分为静水摩擦力和粘压力两种，其计算公式的形式相同，均为通过式2得到；其中，

当所述水流作用力为所述静水摩擦力时，则式2中的S_w是指船舶湿表面积；

当所述水流作用力为所述粘压力时，则式2中的S_w是船舶水线以下部分在横截面上的投影面积。

根据本发明实施例的另一个方面，本发明实施例提供了一种船舶漂移路径的系统，所述系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其中，

所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种船舶漂移路径的预测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种船舶漂移路径的预测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明实施例提供了一种船舶漂移路径的预测方法和系统。

根据本发明实施例的一个方面，本发明实施例提供了一种船舶漂移路径的预测方法。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种船舶漂移路径的预测方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括：

S100：根据获取到的第一参数信息确定船舶受到的空气作用力，其中，第一参数信息包括：第一系数、空气的质量密度、第一船舶面积、风对船舶的相对速度和风拖曳系数；

S200：根据获取到的第二参数信息确定船舶受到的水流作用力，其中，第二参数信息包括：第二系数、水的质量密度、第二船舶面积、水对船舶的相对速度和水拖曳系数；

S300：根据空气作用力、水流作用力和预先设置的平衡规则确定船舶的船速和船偏角；

S400：根据船速、船偏角和预先设置的计算规则确定船舶的漂移速度；

S500：根据漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径。

通过本实施例提供的：根据第一参数信息确定空气作用力，根据第二参数信息确定水流作用力，根据空气作用力、水流作用力和平衡规则确定船速和船偏角，根据船速、船偏角和计算规则确定漂移速度，根据漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径的技术方案，一方面，避免了现有技术中使用经验公式用风压漂移模型进行漂移轨迹计算时，不能精准获知漂移路径的技术弊端；另一方面，实现了全面考虑风和水等因素对船舶的漂移路径的影响，从而实现了高效且精准的确定漂移路径的技术效果。

在一种可能实现的技术方案中，S100具体包括：

根据式1确定空气作用力，式1：

其中，

为第一系数，C_a为风拖曳系数，ρ_a为空气的质量密度，A_t为第一船舶面积，

为风对船舶的相对速度。

可以理解的是，当船舶在水面上漂移时，会收到空气和水流对船舶的作用力，空气作用力是指空气对船舶水上部分的作用力。

按受力性质划分，以船舶为参照系，把与船舶漂移方向相同的空气或水流对该船舶的拖曳力称为动力。把与动力方向相反的各种摩擦力和粘压力称为阻力。

ρ_a为质量密度，例如，ρ_a可取1.226kg/m³。

在一种可能实现的技术方案中，S200具体包括：根据式2确定水流作用力，式2：

其中，

为第二系数，C_w为水拖曳系数，ρ_w为水的质量密度，S_w为第二船舶面积，

为水对船舶的相对速度。

可以理解的是，水流作用力是指水对船舶水下部分的作用力，水流作用力又可分为船舶在静水中漂移时的静水摩擦力和在波浪中的粘压力。

由上，水流作用力分为静水摩擦力和粘压力两种，其计算公式形式相同，均为通过式2得到；其中，

当水流作用力为静水摩擦力时，则式2中的S_w是指船舶湿表面积；

当水流作用力为粘压力时，则式2中的S_w是船舶水线以下部分在横截面上的投影面积。

在一种可能实现的技术方案中，S300具体包括：

依次获取满足当空气作用力与水流作用力相等时的船舶的速度、第一船舶面积和第二船舶面积；

将船舶的速度确定为船速；

根据第一船舶面积和第二船舶面积确定船偏角；

其中，一个船速对应一个船偏角。

可以理解的是，船舶在漂移过程中受空气和水流的力矩推动，会产生不同程度的偏转，偏转的原因为船舶受(空气和/或水流)动力F的位置和船舶运动后产生的阻力R受力位置不与船舶重心G重合，所以产生偏转力矩，其偏转规律为：静止中的船舶在空气和/或水流的动力作用下沿动力方向漂移，进而产生旋转力矩，随着船舶在力矩作用下旋转，动力受力点与阻力受力点和船舶重心靠近，完全重合于重心后，旋转力矩消失，旋转停止，此时，船舶匀速沿动力方向漂移。如果为均匀密度首尾对称的船体，船舶纵轴应位于与受力方向垂直附近。

船舶受到的动力

为空气和/或水流对船舶的拖曳力。在动力和力矩作用下，船舶会发生加速运动和水平偏转。其漂移动力为空气或水流对船舶的拖曳力，因此，船舶的速度标量值不应大于空气和水流的速度标量中的最大值，否则动力将转变为阻力。在加速过程中，动力会随船舶相对动力源的速度减小而递减，一旦动力消失，动力源变为阻力源，阻力又会随船舶相对阻力源的速度加大而迅速增加，因此加速过程会快速过渡至匀速直线运动过程。

在一种可能实现的技术方案中，S400具体包括：

获取当前时刻的当前船速和当前船偏角，其中，船速包括当前船速，船偏角包括当前船偏角；

根据空气作用力和水流作用力确定当前合力；

根据预先存储的在前合力和当前合力确定最大合力；

根据最大合力确定漂移速度。

以陆地为参照系，船舶受动力作用产生加速运动，对应阻力也会相应增大，当动力与船舶运动时产生的阻力数值相同，

方向相反时，船舶将保持匀速直线运动。以船舶为参照系，漂移过程中船舶仅受风和水对船舶的力，因此受力平衡后，风对船的力与水对船的力必然大小相等，方向相反。

例如：在第一次计算得到合力A，第二次计算得到合力B，而合力B大于合力A，则将合力A删除，保留合力B，如果当前合力C大于合力B，则将合力B删除，保留合力C，并根据合力C确定漂移速度。

在一种可能实现的技术方案中，根据空气作用力和水流作用力确定当前合力，具体包括：

根据式3确定当前合力，式3：

其中，R_a为

对应的标量，R_w为

对应的标量，a为空气作用力与船舶的夹角，w为水流作用力与船舶的夹角，且，根据A_t确定a，根据S_w确定w。

在一种可能实现的技术方案中，S500具体包括：

根据初始时刻和当前时刻确定时间差；

根据漂移速度和时间差确定漂移路程；

根据初始位置和漂移路程确定漂移路径。

在一种可能实现的技术方案中，该方法还包括：

根据预先设置的速度间隔对风速和水流速度进行获取，以便根据风速和水流速度确定船舶的速度；

根据预先设置的角度间隔对初始第一船舶面积和初始第二船舶面积进行获取，以便根据初始第一船舶面积确定第一船舶面积，并根据初始第二船舶面积确定第二船舶面积，且根据第一船舶面积和第二船舶面积确定船偏角。

在本实施例中，当满足式4时，

式4：

可以理解的是，空气作用力即为风的作用力，所以，可以以0.1m/s的风速间隔对风速进行确定。例如，当前次取的风速为A m/s，则此次取(A+0.1)m/s。同理，水流速度也是通过同样的方法进行获取。

可以理解的是，当为顺风且顺水的情况下，则船舶的速度介于风速与水流速度之间，所以，当风速和水流速度已知时，则船舶的速度也就可以通过风速和水流速度求取。

同样，可以以1度为角度间隔对船舶面积(第一船舶面积和第二船舶面积)进行获取。如果在船舶本身信息(例如面积等)已知的情况下，则船舶的横截面积只是船偏角的函数，则船偏角也可以通过船舶的横截面积求取。

在一种可能实现的技术方案中，该方法还包括：

根据不同型号的船舶和不同的海况建立包含风拖曳系数和水拖曳系数的数据库。

为使本申请的技术方案能被更清楚的理解，对本申请的技术方案做具体阐述。

输入船舶的初始位置和起始时间；

从模式预报的未来风场和流场中读取时间步长Δt内的风速和水流速度，并从数据库中读取风拖曳系数和水拖曳系数；

由于风对船舶的作用力(即空气对船舶的作用力，空气作用力)，以及水对船舶的作用力(即水流作用力)，所以，船舶的速度必然会是在风速与水流速度之间；

每隔0.1m/s对风速和水流速度进行遍历；

分别求取风对船舶的相对速度，流(即水)对船舶的相对速度；

并对船偏角开始遍历，并通过式1得到风对船舶的力(即空气作用力)，并通过式2得到流对船舶的力(即水流作用力)；

将风对船舶的力(即空气作用力)与流对船舶的力(即水流作用力)的大小，当两者的差值小于0.1时，则认为两者相等，即，满足式4，则根据式3计算得到两者的动力(合力)；

当为最大动力(合力)时，则保存该动力(合力)对应的x向的船速，且保存该动力(合力)对应的y向的船速，且保存该动力(合力)对应的船偏角；

获取最大值对应的船偏角；

遍历结束，根据船速(即船舶速度)和漂移时间确定漂移距离。

具体地，将预选速度和预选角度分别代入式1和式2中，当满足空气作用力和水流作用力的差值小于0.1时，则将该预选速度和预选角度进行存储，并将该预选速度和预选角度代入式3中，求得当前合力F1。如果前次合力F0大于F1，则将该预选速度和预选角度删除，依然存储F0对应的速度和角度，如果前次合力F0小于F1，则将该预选速度和预选角度存储，并将F0对应的速度和角度删除。

当完成遍历时，则会得到最大合力F3，如果最大合力F3对应的速度为v(即，漂移速度为v)，则根据v计算漂移路径，具体为：当时间为t，初始位置为S0，则漂移路径S＝S0+vt。

根据本发明实施例的另一个方面，本发明实施例提供了与上述方法相对应的一种船舶漂移路径的预测系统。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种船舶漂移路径的预测系统的结构示意图。

如图2所示，该系统包括：存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其中，

处理器执行程序时实现上述实施例中任一实施例所述的方法。

本发明实施例通过根据第一参数信息确定空气作用力，根据第二参数信息确定水流作用力，根据空气作用力、水流作用力和平衡规则确定船速和船偏角，根据船速、船偏角和计算规则确定漂移速度，根据漂移速度、初始位置、初始时刻和当前时刻确定漂移路径的技术方案，一方面，避免了现有技术中使用经验公式用风压漂移模型进行漂移轨迹计算时，不能精准获知漂移路径的技术弊端；另一方面，实现了全面考虑风和水等因素对船舶的漂移路径的影响，从而实现了高效且精准的确定漂移路径的技术效果。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

还应理解，在本发明各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种船舶漂移路径的预测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据获取到的第一参数信息确定船舶受到的空气作用力，其中，所述第一参数信息包括：第一系数、空气的质量密度、第一船舶面积、风对船舶的相对速度和风拖曳系数，根据式1确定所述空气作用力，式1：

其中，

为所述第一系数，C_a为所述风拖曳系数，ρ_a为所述空气的质量密度，A_t为所述第一船舶面积，

为所述风对船舶的相对速度；

根据获取到的第二参数信息确定所述船舶受到的水流作用力，其中，所述第二参数信息包括：第二系数、水的质量密度、第二船舶面积、水对船舶的相对速度和水拖曳系数，根据式2确定所述水流作用力，式2：

其中，

为所述第二系数，C_w为所述水拖曳系数，ρ_w为所述水的质量密度，S_w为所述第二船舶面积，

为所述水对船舶的相对速度；

根据所述空气作用力、所述水流作用力和预先设置的平衡规则确定所述船舶的船速和船偏角，具体包括：

依次获取满足当所述空气作用力与所述水流作用力相等时的所述船舶的速度、所述第一船舶面积和所述第二船舶面积；

将所述船舶的速度确定为所述船速；

根据所述第一船舶面积和所述第二船舶面积确定所述船偏角；

其中，一个所述船速对应一个所述船偏角；

根据所述船速、所述船偏角和预先设置的计算规则确定所述船舶的漂移速度，具体包括：

获取当前时刻的当前船速和当前船偏角，其中，所述船速包括所述当前船速，所述船偏角包括所述当前船偏角；

根据所述空气作用力和所述水流作用力确定当前合力；

根据预先存储的在前合力和当前合力确定最大合力；

根据所述最大合力确定所述漂移速度；

其中，所述根据所述空气作用力和所述水流作用力确定当前合力，具体包括：

根据式3确定所述当前合力，式3：

其中，R_a为

对应的标量，R_w为

对应的标量，a为所述空气作用力与所述船舶的夹角，w为所述水流作用力与所述船舶的夹角，且，根据A_t确定a，根据S_w确定w；

根据初始时刻和所述当前时刻确定时间差；

根据漂移速度和所述时间差确定漂移路程；

根据初始位置和所述漂移路程确定所述漂移路径。

2.根据权利要求1所述的一种船舶漂移路径的预测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预先设置的速度间隔对风速和水流速度进行获取，以便根据所述风速和所述水流速度确定所述船舶的速度；

根据预先设置的角度间隔对初始第一船舶面积和初始第二船舶面积进行获取，以便根据所述初始第一船舶面积确定所述第一船舶面积，并根据所述初始第二船舶面积确定所述第二船舶面积，且根据所述第一船舶面积和所述第二船舶面积确定所述船偏角。

3.根据权利要求1所述的一种船舶漂移路径的预测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据不同型号的船舶和不同的海况建立包含风拖曳系数和水拖曳系数的数据库。

4.一种船舶漂移路径的系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其中，

所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-3中任一项所述的方法。

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