CN109637195B - 一种海上安全航行智能诱导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上安全航行智能诱导装置，该装置中能够根据诱导船舶OS在任意时刻的位置自动计算生成并在ECDIS上显示从该位置到本航次规划终点的安全航行最佳线路；当诱导船舶周围监视距离内存在过往船舶时，能够自动判断风险并生成慎航角，用不同颜色表示诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，同时可以用慎航角的边长进一步区分OS相对于不同TS的慎航角以及表示发生碰撞的OS最小速度，并以此标示诱导船舶OS与不同过往船舶TS接触或碰撞的先后顺序和避免碰撞的OS最大速度，从而获取诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同TS需要谨慎航行的角度范围，以及在慎航角范围内航行时为保证安全OS需要降速的幅度，为驾驶员提供智能化安全航行支持。

Description

一种海上安全航行智能诱导装置

技术领域

本发明涉及船舶航线规划设计领域，尤其涉及一种海上安全航行智能诱导装置。

背景技术

在设计海洋和内河船舶航线时，现在主要依靠驾驶人员的专业知识和经验手工设计起讫港之间的船舶航行线路。尽管借助于计算机辅助软件，有时已经可以在电子海图系统(ECDIS)上通过手工选定航路点生成一条航线，仍然离不开人工的介入以便以此为基础改进、优化航线，与在起讫港之间的航线自动生成与优化差距较大。当船舶途径水域上存在较多碍航区或航行水域受限，如经过水上施工区时，人工介入工作量更大。不仅如此，当船舶沿预定航线航行而遇到其他航行船舶干扰时，完全需要靠驾驶员判断如何操船避碰。

在现有的导航装置中，自动雷达标绘仪(Automatic Radar Plotting Aids，简称ARPA)、船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS)等技术已经十分成熟。全球卫星定位系统，如美国全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)、中国北斗卫星定位系统(BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS)的应用也非常普及，通过这些装置和技术获取船位信息已经十分的方便。这些技术成熟的定位装置能够为驾驶人员或监控者提供更为准确的船舶位置信息。

然而现有技术存在的不足包括：一是尚不能在给定起讫港的一般情况下自动生成安全高效的航线，特别是当船舶途径水域航行受限时；二是在繁忙的航道、港口或施工区，过往船舶可能较多，对按照计划航线航行的船舶干扰较大，在紧迫局面时不能快速、准确地指出正确的路径选择或避让决策，还需要依据雷达、AIS信息人工计算或凭经验做出判断，现有技术难以为驾驶员提供智能化安全航行支持；三是现有雷达报警装置精度较低。例如，虽然ARPA雷达具有设定报警范围、预报与他船的最小会遇距离(DCPA)和到达最近会遇点时间(TCPA)的功能，但常常不能准确预报风险程度。特别当附近或航线(如长江口航道)上船舶较密集时，过度报警会严重影响驾驶员的心情和思绪。因此需要发明一种基于现有技术且能够克服上述不足的船舶安全航行智能诱导装置，为船舶驾驶员提供动态的最优规划路径和避让决策支持信息、提供实时的安全航行参考方案，减轻驾驶员的劳动强度。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海上安全航行智能诱导装置，具体包括：

以电子海图显示系统ECDIS为平台，通过雷达、船舶自动识别系统AIS、罗经导航仪器、计程仪、水文气象仪获取本船和附近其他船舶的静态信息和动态信息的采集单元，其中静态信息包括船舶标识、船舶尺度、船舶吃水和船舶类型信息，动态信息包括船舶的位置、艏向、航向、航速和风、流信息；

设置被诱导船舶和过往船舶的编辑单元，其中编辑单元根据控制指令将监控水域上的任意某一船舶设为诱导船舶OS、将附近或监控水域上的其他船舶作为过往船舶TS；

根据诱导船舶OS本航次的起讫点、水域上静态碍航物的位置分布信息以及水文气象信息自动计算航路转向点及最短距离、最短时间或最小成本的安全航行线路的静态碍航物避险规划单元；所述静态碍航物避险规划单元根据诱导船舶OS在任意时刻的位置自动计算生成并在ECDIS上至少显示从该位置到本航次规划终点的最短距离、最短时间或最小成本中的一种安全航行线路，上述所指显示的安全航行路线可为最短距离、最短时间或最小成本，也可为最短距离和最短时间或者最短距离、最短时间和最小成本的组合；

通过在诱导船舶OS附近划定船舶领域、判断附近过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞的动态碍航物险情预报单元；所述动态碍航物险情预报单元根据各船的速度、方向以及风、浪、流的水文气象信息采用矢量计算方法和速度合成方法确定诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、诱导船舶OS与各艘过往船舶TS到达最近会遇点的时间和诱导船舶OS可能与各艘TS发生接触或碰撞的慎航角；所述动态碍航物险情预报单元根据诱导船舶OS与各艘过往船舶TS之间慎航角的方位关系指示诱导船舶OS的安全航行方向、并根据最小会遇距离和最近会遇点的时间值判断诱导船舶OS与附近各艘过往船舶TS的碰撞风险程度；根据诱导船舶OS和各艘过往船舶TS之前的航迹点坐标通过曲线拟合方法外推预测诱导船舶OS和各艘过往船舶TS在下一段时间的航行轨迹；

根据碍航物或碍航区和与其他船舶会遇局面以及驾驶员操船经验给出符合国际海上避碰规则的避险建议的安全航行知识单元；当识别出被诱导船舶面临碰撞等风险时，所述安全航行知识单元经过局面判断输出避免风险发生的航行建议；

还包括接收所述动态碍航物险情预报单元和安全航行知识单元传送的预测信息和建议信息的海图显示单元，所述海图显示单元至少动态显示诱导船舶OS的位置坐标、航向、航速信息、并同时显示一艘过往船舶TS的位置坐标、航向、航速的动态信息。

进一步的，所述动态碍航物险情预报单元对过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞的判断具体采用如下方式：诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离大于设定阈值则将该区域定义为安全区域；当诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离小于或等于设定阈值，并且过往船舶TS在诱导船舶OS的椭圆形船舶领域之外时，则开启慎航角监视过程，当过往船舶TS触及或进入诱导船舶OS的椭圆形船舶领域时则发出预警提示，同时关闭慎航角显示功能；当过往船舶TS已经触及或近于触及诱导船舶OS时则立即发出碰撞警报。

进一步的，所述海图显示单元动态显示诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、两船到达最近会遇点的时间值。

进一步的，所述动态碍航物险情预报单元叠加诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，通过采用不同颜色表示诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，同时采用慎航角的边长进一步区分诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角以及表示发生碰撞的诱导船舶OS的最小速度，并以此标示诱导船舶OS与不同过往船舶TS接触或碰撞的时间先后顺序和避免碰撞的OS最大速度，从而获取诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同过往船舶TS需要谨慎航行的角度范围、以及在慎航角范围内航行时为保证安全OS需要降速的幅度。

进一步的，当诱导船舶OS接近碍航区或限航区时则险情预报单元发出预警信号，同时输出关于诱导船舶OS与对应碍航区或限航区接近的距离和方位信息，如果诱导船舶OS进入或触及碍航区则险情预报单元发出报警。

该装置能够根据OS航行过程中与碍航物或碍航区和其他船舶接触风险的动态，以文字方式输出安全航行知识库中的相关避险建议，为驾驶员提供安全驾驶决策参考。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种海上安全航行智能诱导装置，能够在给定起讫点(港)的一般情况下自动生成被诱导船舶从当时位置至终点(或目的港)之间安全高效的航线，尤其适合于船舶途径水域上分布着碍航物或碍航区的情况，起讫点之间安全高效航线的含义为：在起讫点之间能够安全规避碍航物或碍航区的最短距离、最短时间或最小成本的航线。发明一种船舶安全航行智能诱导装置，为船舶驾驶员提供动态的最优规划路径和避让决策支持信息、提供实时的安全航行参考方案，减轻驾驶员的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明系统的功能说明示意图；

图3为本发明系统工作模拟图；

图4为本发明系统工作模拟图；

图5为本发明系统工作模拟图；

图6为本发明系统工作模拟图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-图6所示的一种海上安全航行智能诱导装置，至少包括采集单元、编辑单元、静态碍航物避险规划单元、动态碍航物险情预报单元、安全航行知识单元和海图显示单元。其中采集单元以电子海图显示系统ECDIS为平台，根据配置需要建立连接AIS、雷达、BDS或GPS、VHF以及气象水文测量仪、罗经等航海仪器的数据、信息通道。通过AIS获取附近其他船舶的船舶标识、船舶尺度、船舶吃水等静态信息和位置、航速、艏向、航向等动态信息(即标准AIS应提供的信息和数据)，并在ECDIS上动态显示各船位置。为了降低船舶位置误差，可以利用雷达校正各船位置。ECDIS上应明确标有碍航区域或限航区的位置信息，简称静态碍航物。

编辑单元设置被诱导船舶和过往船舶，将诱导船舶OS附近或监控水域上的其他船舶作为过往船舶，简称过往船舶TS。为了便于识别，也可以将各船编号，如诱导船舶OS为1号船，TS为2号船、3号船、4号船等等，根据过往船舶TS的数量依照某一自定规则顺次编号，各船编号与其船名或船舶标识一一对应。

静态碍航物避险规划单元根据诱导船舶OS本航次的起讫点、水域上静态碍航物的位置分布信息以及水文气象信息自动计算航路转向点及最短距离、最短时间或最小成本的安全航行线路，并在ECDIS上绘制该安全航线。需要时，也可以同时计算出并在ECDIS上绘制出最短距离、最短时间和最小成本的不同安全航线。如果对安全航线走势有特殊要求，还可以在ECDIS上直接手动修改航路点位置。所述静态碍航物避险规划单元根据诱导船舶OS在任意时刻的位置自动计算生成并在ECDIS上显示从该位置到本航次规划终点的最短距离、最短时间或最小成本的安全航行线路。

动态碍航物险情预报单元通过在诱导船舶OS附近划定船舶领域、监视距离(或监视范围)，判断附近过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞情况。其中动态碍航物险情预报单元通过编制计算软件实现根据各船的速度、方向，采用矢量计算方法和速度合成方法确定诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、诱导船舶OS与各艘过往船舶TS到达最近会遇点的时间和诱导船舶OS可能与各艘TS发生接触或碰撞的慎航角；所述动态碍航物险情预报单元根据最小会遇距离和最近会遇点的时间值判断诱导船舶OS与附近各艘过往船舶TS的碰撞风险程度。

进一步的，根据诱导船舶OS和各艘过往船舶TS之前的航迹点坐标通过曲线拟合方法外推预测诱导船舶OS和各艘过往船舶TS在下一段时间的航行轨迹。

进一步的，根据船舶领域理论和诱导船舶OS的性能特点，在诱导船舶OS附近划定船舶领域。任一TS进入诱导船舶OS的船舶领域即被认为可能发生碰撞。诱导船舶OS船舶领域的平面形状根据需要设定为椭圆形或类似椭圆形，椭圆的长轴与船长方向一致。诱导船舶OS不必须在椭圆的中心，椭圆在诱导船舶OS前、后、左、右方向最远点的位置可以根据安全要求的高低设置，也可以根据对两船的尺度、航速等影响因素的判断调整。由此实现更加精确的险情预报。

进一步的，动态碍航物险情预报单元根据各船的速度、方向以及风、浪、流等水文气象信息，通过矢量计算和速度合成方法确定诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的DCPA、TCPA和诱导船舶OS可能与各艘TS发生接触或碰撞(定义为TS进入OS的船舶领域)的航向角度，简称其为慎航角，并在ECDIS上以诱导船舶OS位置为角的顶点，清晰显示慎航角。在ECDIS上，诱导船舶OS相对于不同TS的慎航角可以叠加、可以用不同颜色区别，进而还可以用不同颜色表示诱导船舶OS与不同过往船舶TS(都保速保向条件下)接触或碰撞的时间先后，从而明确显示诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同过往船舶TS需要谨慎航行的角度范围。

进一步的，动态碍航物险情预报单元设置是否绘制诱导船舶OS和TS历史航迹线的选项，选择哪艘船TS则绘制哪艘船已经航行过的轨迹线；在ECDIS上动态显示诱导船舶OS的位置坐标、航向、航速，并可以同时选择一艘过往船舶TS显示其位置坐标、航向、航速的动态信息；动态显示诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离DCPA、两船到达最近会遇点时间TCPA值，从而有助于准确判断诱导船舶OS与附近各艘过往船舶TS的碰撞风险程度。

所述动态碍航物险情预报单元叠加诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，通过采用不同颜色表示诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，同时采用慎航角的边长进一步区分诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角以及表示发生碰撞的诱导船舶OS的最小速度，并以此标示诱导船舶OS与不同过往船舶TS接触或碰撞的时间先后顺序和避免碰撞的OS最大速度，从而获取诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同过往船舶TS需要谨慎航行的角度范围、以及在慎航角范围内航行时为保证安全OS需要降速的幅度。

进一步的，安全航行知识单元根据碍航物或碍航区分布和其他船舶会遇局面以及驾驶员操船经验给出符合国际海上避碰规则的避险建议。当识别出被诱导船舶面临碰撞等风险时所述安全航行知识单元经过局面判断输出避免风险发生的航行建议。当识别出被诱导船舶面临碰撞等风险时，能够经过局面判断给出避免风险发生的航行建议，在控制面板左下角输出提示文字。为了避免妨碍观看监控区域动态，航行建议的提示框首先缩小显示在控制面板左下角，驾驶人员如果想看更多内容，可以点击放大显示在控制面板整个下端，并可以以滚动方式阅读更多信息；再次点击时，放大了的提示框再次缩小回到原来位置。

进一步的，该装置还包括接收所述动态碍航物险情预报单元和安全航行知识单元传送的预测信息和建议信息的海图显示单元，所述海图显示单元至少动态显示诱导船舶OS的位置坐标、航向、航速信息、并同时显示一艘过往船舶TS的位置坐标、航向、航速的动态信息。

进一步的，所述海图显示单元动态显示诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、两船到达最近会遇点的时间值。

进一步的，所述动态碍航物险情预报单元对过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞的判断具体采用如下方式：诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离大于设定阈值(或监视距离)则将该区域定义为安全区域；当诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离小于或等于设定阈值即监视距离，并且过往船舶TS在诱导船舶OS的椭圆形船舶领域之外时，则开启慎航角监视功能，当过往船舶TS触及或进入诱导船舶OS的椭圆形船舶领域时则发出预警提示，同时关闭慎航角显示功能；当过往船舶TS已经触及或近于触及诱导船舶OS时则立即发出碰撞警报。当诱导船舶OS接近碍航区或限航区时则险情预报单元发出预警信号，同时输出关于诱导船舶OS与对应碍航区或限航区接近的距离和方位信息，如果诱导船舶OS进入或触及碍航区则险情预报单元发出报警。例如根据距离远近和方位，将诱导船舶OS所在水域划分为三个不同等级的监控区域。当一艘过往船舶TS距离诱导船舶OS某一距离(简称监视距离)以远时，如2海里、3海里或5海里等(可根据具体情况设定)，二者不可能立即发生碰撞，因此暂时不需要判断二者是否存在碰撞风险；当一艘过往船舶TS进入诱导船舶OS的监视距离但仍然在其椭圆形船舶领域之外时，开启OS的慎航角显示功能，为驾驶员提供安全航向、安全航行诱导信息；当一艘过往船舶TS触及或进入诱导船舶OS椭圆形船舶领域时，二者发生碰撞的风险剧增，立即发出警报和语言提示，同时关闭慎航角显示功能；当一艘过往船舶TS已经触及或近于触及诱导船舶OS时，立即发出碰撞警报。当诱导船舶OS接近碍航区或限航区时，通过变色(如船形变黄)和发声进行预警提示；同时，在后台或在ECDIS上输出诱导船舶OS与哪一个碍航区或限航区接近，以及距离、方位信息。如果诱导船舶OS进入或触及碍航区，进一步变色(如船形变红)和发声进行报警，同时诱导系统停止工作。

当水域上存在限制船舶航行速度或通航时间的航段时，如等潮、不夜航等航段，简称受限航段或限航区，在初始自动设计安全航线时能够计及受限航段的影响，通过多方案比较形成优化的安全航线

当识别出被诱导船舶面临碰撞等风险时，能够经过会遇局面判断给出避免风险发生的航行建议，在控制面板左下角输出提示文字。为了避免妨碍观看监控区域动态，航行建议的提示框首先缩小显示在控制面板左下角，见图5。驾驶人员如果想看更多内容，可以点击放大显示在控制面板整个下端，见图6，并可以以滚动方式阅读更多信息；再次点击时，放大了的提示框再次缩小回到原来位置。提示框内存放的信息数量根据需要设定，如10条，50条，100条等。

另外该安全航行智能诱导装置的主要功能除了具有信息输入、输出功能外，还包括：船舶运动规律模拟、碍航物体位置判断、风险识别、生成诱导航线、生成诱导方案等功能。

实施例：

如图3-图6为诱导装置的监控面板的示意图。诱导装置的监控面板中间区域为监控区，显示海图，该区域的大小首先根据OS及其监视距离之内的TS、碍航区和限航区分布由程序自动确定，随后也可以通过点击下方的监视区域按钮进行监视范围调整，以便查看关注水域上的船舶航行动态。点击监视区域按钮后监控面板显示监视区域调整框，见附图4。可以通过此框输入想看的水域坐标范围值，其中x值与经度对应，y值与纬度对应。

监控面板左侧显示OS的位置、艏向、航速、船型等实时数据以及是否要绘制船舶历史航迹的选项按钮(通过该按钮可以选择保留OS的航迹或不保留航迹)，见附图3或附图4。左侧的开始、暂停、停止按钮以及变速器、方向舵组合按钮板仅用于模拟系统上对OS的操船之用，对于实船上的诱导装置可以不设这些按钮，其位置也可以节省或用于显示其他信息。监控面板右侧可以选择显示一艘TS的位置、艏向、航速、船型等实时数据以及是否要绘制船舶行径航迹的选项按钮。其他按钮或组合按钮板的功能与左侧对应，是对所选TS的操船装置。

监控面板下侧从左至右依次是报警和安全航行提示信息显示区、日期、时间、仿真步数(或对于实船系统跟踪步数)显示框，更新监视区域按钮，TS编号、OS与该TS的最近会遇距离、到达最近会遇点的时间、OS到达目的地的规划航线距离、OS以最大航速沿着规划航线航行到达目的地需要的时间显示框。

系统启动后(模拟仿真系统按“开始仿真”按钮)，首先根据OS初始位置、目的地位置以及碍航区或限航区分布情况自动测算监控区大小，并将监控区位置信息通过附图4中的对话框显示出来，供用户确认是否合适或修改。确认合适或修改后，点击确定，系统开始运行。通过AIS等导航设备获得诱导船舶OS的船位、航速、航向等动态信息以及通过其他仪器获得水文气象信息；TS的船位、航速、航向等动态信息(可以经雷达进一步校正)以及船舶静态信息通过AIS等导航设备获得(模拟仿真系统首先输入OS和TS的初始位置、航速、航向等信息和TS的航行信息；输入风、浪、流等环境信息；输入碍航区或限航区位置等信息。然后按照内置船舶运动模型以及用户控制指令自动产生OS的船位、航速、艏向、航向等数据)。

诱导系统工作时，在ECDIS上可以清晰显示OS与TS以及碍航区、限航区的相对位置和OS从当前位置到目的地的诱导航线。在不影响驾驶员判断准确性的情况下，可以每隔一段时间或在船舶航行若干步之后再更新诱导航线，以便减少计算工作量。在监控面板左侧同时显示OS的准确位置、艏向、航速等数据；在监控面板右侧可以根据选择同时显示一艘TS的准确位置、艏向、航速等数据。在ECDIS上清晰显示OS与监视距离内的每一艘TS的相对位置和慎航角(若有)的同时，在监控面板右下方清晰显示两船的DCPA和TCPA，用以准确判断两船的最近会遇距离和到达最近会遇点的时间。当TCPA为负值时，表示两船已经驶过最近会遇点，即在当时之前的时间到达最近会遇点。

根据OS的初始位置、要到达的目的地以及沿途的障碍区或限航区分布情况，采用优化方法产生航路转向点并形成诱导航线。优化航线时考虑风、浪、流的影响，追求的目标可以是路径最短、时间最短或成本最低，可以在ECDIS上显示一条、两条或三条基于不同目标函数获得的诱导航线。启动装置后，经过若干步或短时间的自适应调整后，诱导系统进入对OS安全航向提示模式。根据周围监视距离内TS的分布情况，经过计算获得与各艘TS可能存在的DCPA、TCPA、慎航角，并将DCPA、TCPA显示在其框内，将慎航角以OS为圆心，以扇形方式直接绘制在ECDIS屏幕上，直观地提示驾驶人员哪些角度可以安全航行，哪些角度可能产生碰撞、需要谨慎航行。由于两船之间最多可能存在两个不同的慎航角，且OS周边可能存在多艘TS，一般对于OS来说，可能没有慎航角、存在一个慎航角、同时存在多个慎航角，为此可以用不同颜色、不同扇形边长来区分相对同一艘TS的慎航角和针对不同TS的各个慎航角。

附图5和图6中：

1——为被诱导船舶OS。

2——为OS周边的某一其他船TS。

3——为OS从当前位置到目的地的诱导航线或规划航线。

4——为预测的船舶航迹线，用虚线表示。

5——为船舶实际已经走过的航迹线，用实线表示，可以选择显示或不显示。

6——为慎航角，表示OS如果以当前航速沿着慎航角指示的方向或慎航角范围内的任意方向航行，则可能会与相应的TS发生碰撞(即TS进入OS的船舶领域)。但并不意味着OS沿着这一方向航行一定会与该TS发生碰撞，例如调整OS的航速可以改变与该TS发生碰撞的可能性或者不发生碰撞。

7——为水域上的碍航区，这种区域表示浅滩、山、建筑物等不允许船舶接触的区域，用一种颜色的凸多边形表示。

8——为水域上的限航区，这种区域表示需要乘潮通过的浅滩、限速航道、不夜航区域等仅允许船舶在一定限制条件通过的区域，用另一种颜色的凸多边形表示。

9——OS计划到达的下一个目的地，或者OS计划首先到达的目的地1。

10——缩小状态的航行建议提示框。

11——放大状态的航行建议提示框。

本发明公开的一种海上安全航行智能诱导装置，当诱导船舶周围监视距离内存在过往船舶时，能够自动判断风险并生成慎航角，用不同颜色表示诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，同时可以用慎航角的边长进一步区分OS相对于不同TS的慎航角以及表示发生碰撞的OS最小速度，并以此标示诱导船舶OS与不同过往船舶TS接触或碰撞的先后顺序和避免碰撞的OS最大速度，从而获取诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同TS需要谨慎航行的角度范围，以及在慎航角范围内航行时为保证安全OS需要降速的幅度，为驾驶员提供智能化安全航行支持；当诱导船舶接近碍航物或碍航区和其他船舶时，能够发出声光警报和险情信息；该装置提高诱导船舶与过往船舶发生碰撞风险的预报精度。通过采用椭圆形或类似椭圆形OS船舶领域形状，并根据船长、航速等参数动态确定椭圆在OS前、后、左、右方向最远点的位置，并且OS不必须在椭圆的中心，实现OS诱导过程中更加精确的险情预报；另外本装置能够根据OS航行过程中与碍航物或碍航区和其他船舶接触风险的动态以文字方式输出安全航行知识库中的相关避险建议，为驾驶员提供安全驾驶决策参考。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种海上安全航行智能诱导装置，其特征在于：包括

以电子海图显示系统ECDIS为平台，通过雷达、船舶自动识别系统AIS、罗经导航仪器、计程仪、水文气象仪获取本船和附近其他船舶的静态信息和动态信息的采集单元，其中静态信息包括船舶标识、船舶尺度、船舶吃水和船舶类型信息，动态信息包括船舶的位置、艏向、航向、航速和风、流信息；

设置被诱导船舶和过往船舶的编辑单元，其中编辑单元根据控制指令将监控水域上的任意某一船舶设为诱导船舶OS、将附近或监控水域上的其他船舶作为过往船舶TS；

根据诱导船舶OS本航次的起讫点、水域上静态碍航物的位置分布信息以及水文气象信息自动计算航路转向点及最短距离、最短时间或最小成本的安全航行线路的静态碍航物避险规划单元；所述静态碍航物避险规划单元根据诱导船舶OS在任意时刻的位置自动计算生成并在ECDIS上至少显示从该位置到本航次规划终点的最短距离、最短时间或最小成本中的一种安全航行线路；

通过在诱导船舶OS附近划定船舶领域、判断附近过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞的动态碍航物险情预报单元；所述动态碍航物险情预报单元根据各船的速度、方向以及风、浪、流的水文气象信息采用矢量计算方法和速度合成方法确定诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、诱导船舶OS与各艘过往船舶TS到达最近会遇点的时间和诱导船舶OS可能与各艘TS发生接触或碰撞的慎航角；所述动态碍航物险情预报单元根据诱导船舶OS与各艘过往船舶TS之间慎航角的方位关系指示诱导船舶OS的安全航行方向、并根据最小会遇距离和最近会遇点的时间值判断诱导船舶OS与附近各艘过往船舶TS的碰撞风险程度；根据诱导船舶OS和各艘过往船舶TS之前的航迹点坐标通过曲线拟合方法外推预测诱导船舶OS和各艘过往船舶TS在下一段时间的航行轨迹；

根据碍航物或碍航区和与其他船舶会遇局面以及驾驶员操船经验给出符合国际海上避碰规则的避险建议的安全航行知识单元；当识别出被诱导船舶面临碰撞风险时所述安全航行知识单元经过局面判断输出避免风险发生的航行建议；

还包括接收所述动态碍航物险情预报单元和安全航行知识单元传送的预测信息和建议信息的海图显示单元，所述海图显示单元至少动态显示诱导船舶OS的位置坐标、航向、航速信息、并同时显示一艘过往船舶TS的位置坐标、航向、航速的动态信息；

所述动态碍航物险情预报单元叠加诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，通过采用不同颜色表示诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角，同时采用慎航角的边长进一步区分诱导船舶OS相对于不同过往船舶TS的慎航角以及表示发生碰撞的诱导船舶OS的最小速度，并以此标示诱导船舶OS与不同过往船舶TS接触或碰撞的时间先后顺序和避免碰撞的OS最大速度，从而获取诱导船舶OS的安全航向角度范围和相对于不同过往船舶TS需要谨慎航行的角度范围、以及在慎航角范围内航行时为保证安全OS需要降速的幅度。

2.根据权利要求1所述的一种海上安全航行智能诱导装置，其特征还在于：所述动态碍航物险情预报单元对过往船舶TS能否与诱导船舶OS发生碰撞的判断具体采用如下方式：诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离大于设定阈值则将该区域定义为安全区域；当诱导船舶OS与过往船舶TS之间的距离小于或等于设定阈值，并且过往船舶TS在诱导船舶OS的椭圆形船舶领域之外时，则开启慎航角监视过程，当过往船舶TS触及或进入诱导船舶OS的椭圆形船舶领域时则发出预警提示，同时关闭慎航角显示功能；当过往船舶TS已经触及或近于触及诱导船舶OS时则立即发出碰撞警报。

3.根据权利要求1所述的一种海上安全航行智能诱导装置，其特征还在于：所述海图显示单元动态显示诱导船舶OS与各艘过往船舶TS的最小会遇距离、两船到达最近会遇点的时间值。

4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种海上安全航行智能诱导装置，其特征还在于：当诱导船舶OS接近碍航区或限航区时则险情预报单元发出预警信号，同时输出关于诱导船舶OS与对应碍航区或限航区接近的距离和方位信息，如果诱导船舶OS进入或触及碍航区则险情预报单元发出报警。

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