CN110264099B - 船舶周边区域海盗入侵评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶周边区域海盗入侵评估系统，包括传感器组，用于获取船舶周围环境因素和安全因素；环境影响因素计算模块用于根据环境因素，以及对海盗入侵的了解，计算各环境因素对应的环境影响因素和船舶周边环境因素综合影响系数；安全影响因素计算模块，用于根据安全因素，计算各安全因素对应的安全影响因素和未知船舶相关数据与特性对航行船舶安全影响系数；海盗入侵分析模块，用于根据船舶周边环境因素综合影响系数以及未知船舶相关数据与特性对航行船舶安全影响系数的取值范围来分析是否有海盗入侵的风险。本发明能够判断当前时刻海盗入侵的可能性，从而为船舶及时准确的做出对危险的防范措施提供有力的参考依据。

Description

船舶周边区域海盗入侵评估系统

技术领域

本发明专利涉及水上航运技术领域，尤其涉及一种船舶周边区域海盗入侵评估系统。

背景技术

海盗劫持始终是危及国际航海安全的频发高危事件。不仅造成海上交通运输线路的安全水平大打折扣，更对全球范围内的社会稳定以及经济繁荣产生了严重不良影响。

袭击船舶的时间大多在白天，公然明目张胆地追击。多艘海盗快艇配合作案，操作机动灵活、瞬间加速快，小艇瞬间加速可达25节左右。持有轻火力武器及手持式火箭弹，有的会携带炸药。常采取在船头拦截及用武器威胁袭击对象，企图迫使船舶减速或停车，以达到登轮抢劫的目的。

现有的船舶安全相关监控装置在监测数据采集方式和相关因素综合处理方面设计标准都较为单一，没有考虑不同船舶规格等方面的差异性给数据采集和判断带来的重要影响，没有对检测点的安装位置和方式进行优化配置。而且，船舶现有安全系统在安全预警等的综合反应能力上也比较薄弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种船舶周边区域海盗入侵评估系统，能够对不同时间、环境下行驶的船舶进行周边危险评估，供船舶参考。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：本系统包括：

传感器组，用于获取船舶周围环境因素和安全因素；环境因素具体包括：时间、季风等级、船舶自身速度、能见度、船舶干舷高度；安全因素包括船舶周围一定范围内的未知船的尺寸、航行速度、数量；

环境影响因素计算模块，用于根据环境因素，以及对海盗入侵的了解，计算各环境因素对应的环境影响因素，环境影响因素具体包括第n次检测的时间影响因素F_n、季风等级影响因素W_n、船舶自身速度影响因素P_n、能见度影响因素C_n和船舶干舷高度影响因素H_n；那么第n次检测到的船舶周边环境因素综合影响系数Environment_n为

Environment_n＝[ln(1+F_n)+ln(1+W_n)+ln(1+P_n)+ln(1+C_n)+ln(1+H_n)]×S_n

式中，第n次系统检测到船舶周边环境对成功入侵影响程度S_n是个归一值；

安全影响因素计算模块，用于根据安全因素，计算各安全因素对应的安全影响因素，安全影响因素具体包括第n次检测的未知船舶尺寸影响EL₁-EL_j、未知船航行速度影响GL₁-GL_j、未知船数目影响IL₁-IL_j，其中EL₁-EL_j、GL₁-GL_j,、IL₁-IL_j均为归一处理后的归一值；计算第n次检测到的未知船舶相关数据与特性对航行船舶安全影响系数security_n：

式中，j为检测次数；

海盗入侵分析模块，用于根据Environment_n和security_n的取值范围来分析是否有海盗入侵的风险。

按上述方案，第n次检测的时间影响因素F_n通过查询权值表得到。

权值表信息如下

权值	时间段	风险
			9	6:00-18:00	高风险
3	18:00-6:00	低风险

按上述方案，第n次检测的季风等级影响因素W_n具体通过以下方式得到：

其中B_n是传感器实际检测到的季风等级。

按上述方案，第n次检测的船舶自身速度影响因素P_n具体通过以下方式得到：

其中D_n是由速度传感器检测到的船舶自身速度值。

按上述方案，第n次检测的能见度影响因素C_n具体通过以下方式得到：

其中A_n通过传感器检测到的能见度距离值，能见度距离值权值表如下

能见度距离(km)	能见度鉴定	风险
			＜0.05	能见度低劣	无风险
0.05-0.2	能见度低劣	无风险
			0.2-0.5	能见度低劣	无风险
0.5-1	能见度不良	低风险
			1-2	能见度不良	低风险
2-4	能见度中等	中等风险
			4-8	能见度中等	中等风险
8-20	能见度良好	高风险
			20-50	能见度极好	较高风险

按上述方案，第n次检测的船舶干舷高度影响因素H_n具体通过以下方式得到：

M_n是在船舶自身数据在系统显示屏幕上的输入端口，手动输入干舷高度等船舶本身固有数据。

按上述方案，第n次检测的未知船舶尺寸影响EL₁-EL_j具体通过以下方式得到：

EL₁-EL_j是通过雷达检测，将本船与海盗船的长度、高度做比进而确定影响因素，比值大则安全性大。

按上述方案，第n次检测的未知船航行速度影响GL₁-GL_j具体通过以下方式得到：

GL₁-GL_j将本船与海盗船的距离求导数，导数值小于零说明海盗船正在靠近船舶，危险性大。

按上述方案，第n次检测的未知船数目影响IL₁-IL_j具体通过以下方式得到：

IL₁-IL_j通过雷达检测，检测到海盗船舶的数量，数量越多，危险性越大

按上述方案，海盗入侵分析模块具体用于当Environment_n达到预定阈值A时，进行以下判断：

若security_n的值位于区间[B,B+к]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度最小；

若security_n的值位于区间(B+к,B+з]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度较大；

若security_n的值大于B+з，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度过大；

其中B是海盗船不会入侵的最大航行船舶安全影响系数值，к、з是两个预先指定的与航行船舶安全影响系数security_n相关的区间变量宽度。

本发明的有益效果为：本发明通过对海盗入侵可能的因素进行数据处理和计算，然后根据采集到的数据进行分析和评估，判断当前时刻海盗入侵的可能性，从而为船舶及时准确的做出对危险的防范措施提供有力的参考依据。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统装置图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明系统包括传感器组、环境影响因素计算模块、安全影响因素计算模块和海盗入侵分析模块。

传感器组，用于获取船舶周围环境因素和安全因素；环境因素具体包括：时间、季风等级、船舶自身速度、能见度、船舶干舷高度；安全因素包括船舶周围一定范围内的未知船的尺寸、航行速度、数量。

具体的，本实施例中，时间通过安装由飞利浦公司生产的PCF8563时钟芯片，具有I²C总接口的多功能CMOS实时时钟/日历芯片。该芯片最大总线速度为400kbits/s，功能主要有报警、时钟、中断输出以及定时输出，该芯片可产生秒、分、时、星期、日月及年七个日历时钟，同时还可自动修正时区的变化造成的时间改变。

季风等级由季风等级检测传感器获得，季风等级检测传感器可在船舶驾驶室段左、右舷分别设置实时数据采样点，季风等级检测传感器安装在位于船体左、右船舷侧的实时数据采样点处，用于测量季风等级参数值，同时季风等级检测传感器还可测量风向等参数值，将采集的季风等级数据发送到季风等级检测模块进行评估预测，评估预测对季风变率以及其他气候系统对季风的主要影响模态的把握能力，从纬向风南北差异、气压差和高低层风速差方面评估预测季风强度。季风等级检测模块应用了中国气象局业务规定中的热带高压面积、强度、脊线和西伸脊点指数，从不同角度对季风进行预测。将预测得到的数据B_n进行加权处理后的

为0-9的整数。

能见度由能见度等级检测传感器获得，能见度等级检测传感器可在船舶驾驶室段左、右舷分别设置实时数据采样点，能见度等级检测传感器安装在位于船体左、右船舷侧的实时数据采样点处。能见度等级检测传感器采用前散式能见度传感器(FSVS)是一种采用近红外线发射的前散技术测量大气消光系数的智能化光电仪器，它采用的双光路对称设计，由多装支架、两个固态红外线发射头组件、两个固态硅光电探头组件(均含信号调节和处理电路)、微处理器(含接口控制器)组成。微处理器对数据采集、调制、传感器控制，通讯和远程维护等进行控制；数据处理软件具有独特的补偿计算功能，它通过测得的大气消光系数计算出气象光学视程(MOR)。微处理器将处理后的数据发送到能见度等级检测模块，能见度等级检测模块将能见度等级检测传感器中微处理器发送来的数据进行加权处理，处理后得到能见度对海盗出现的影响

为0-10的整数。

船舶自身速度由船舶获得，自身船舶速度对海盗可能出现的影响为D_n,自身船舶速度对海盗可能出现的影响的加权数

为0-9的整数。

船舶自身数据在系统显示屏幕上安装输入端口，可手动输入干舷高度等船舶本身固有数据。船舶干舷高度对海盗出现的影响为M_n，船舶干舷高度对海盗出现影响的加权数

为0-10的整数。

安全因素采用雷达探测，以本船舶为中心，以一定的检测半径进行雷达扫描，通过已经记录的雷达视频信号来分析雷达回波信号的特征。在Visual C++环境下，首先针对视频图像序列进行雷达目标检测，然后录取目标船舶的各项特征参数，包括目标船舶船舶尺寸，船舶航速，船舶数目等，最后再利用MATLAB研究目标特征参数的统计规律性，及其所服从的数学分布。另一部分就是对于杂波信号进行处理，主要选择特定区域研究杂波的统计特性。在参数录取过程中，要求目标的各项特征参数精确无误，但是实际中由于受到噪声及其他外界干扰的影响，会出现野点，影响统计规律性，此时应采取相应办法修正野点。另外，背景环境和雷达参数不同的条件下，回波信号特征不同，视频信号是当前雷达在特定条件下采集到的视频信号。通过对雷达视频信号的详细分析，可以准确地掌握船舶导航雷达的实际工作环境，通过分析目标不同特征的统计特性以及杂波特性，能够清楚地认识雷达信号，从而对雷达信号的处理(目标检测、识别、跟踪等)。将雷达检测到未知船舶数据进行处理，得到未知船舶尺寸、未知船舶航行速度、未知船舶数目。

环境影响因素计算模块，用于根据环境因素，以及对海盗入侵的了解，计算各环境因素对应的环境影响因素，环境影响因素具体包括第n次检测的时间影响因素F_n、季风等级影响因素W_n、船舶自身速度影响因素P_n、能见度影响因素C_n和船舶干舷高度影响因素H_n；那么第n次检测到的船舶周边环境因素综合影响系数Environment_n为

Environment_n＝[ln(1+F_n)+ln(1+W_n)+ln(1+P_n)+ln(1+C_n)+ln(1+H_n)]×S_n

式中，第n次系统检测到船舶周边环境对成功入侵影响程度S_n是个归一值。

具体的，第n次检测的时间影响因素F_n、季风等级影响因素W_n、船舶自身速度影响因素P_n、能见度影响因素C_n和船舶干舷高度影响因素H_n通过以下方法得到。

第n次检测的时间影响因素F_n通过查询权值表得到。

权值表信息如下：

权值	时间段	风险
			9	6:00-18:00	高风险
3	18:00-6:00	低风险

第n次检测的季风等级影响因素W_n具体通过以下方式得到：

其中B_n是传感器实际检测到的季风等级。

第n次检测的船舶自身速度影响因素P_n具体通过以下方式得到：

其中D_n是由速度传感器检测到的船舶自身速度值。

第n次检测的能见度影响因素C_n具体通过以下方式得到：

其中A_n通过传感器检测到的能见度距离值，能见度距离值权值表如下：

能见度距离(km)	能见度鉴定	风险
			＜0.05	能见度低劣	无风险
0.05-0.2	能见度低劣	无风险
			0.2-0.5	能见度低劣	无风险
0.5-1	能见度不良	低风险
			1-2	能见度不良	低风险
2-4	能见度中等	中等风险
			4-8	能见度中等	中等风险
8-20	能见度良好	高风险
			20-50	能见度极好	较高风险

第n次检测的船舶干舷高度影响因素H_n具体通过以下方式得到：

M_n是在船舶自身数据在系统显示屏幕上的输入端口，手动输入干舷高度等船舶本身固有数据。

第n次检测的未知船舶尺寸影响EL₁-EL_j具体通过以下方式得到：

EL₁-EL_j是通过雷达检测，将本船与海盗船的长度、高度做比进而确定影响因素，比值大则安全性大。

第n次检测的未知船航行速度影响GL₁-GL_j具体通过以下方式得到：

GL₁-GL_j将本船与海盗船的距离求导数，导数值小于零说明海盗船正在靠近船舶，危险性大。

按上述方案，第n次检测的未知船数目影响IL₁-IL_j具体通过以下方式得到：

IL₁-IL_j通过雷达检测，检测到海盗船舶的数量，数量越多，危险性越大。

安全影响因素计算模块，用于根据安全因素，计算各安全因素对应的安全影响因素，安全影响因素具体包括第n次检测的未知船舶尺寸影响EL₁-EL_j、未知船航行速度影响GL₁-GL_j、未知船数目影响IL₁-IL_j，其中EL₁-EL_j、GL₁-GL_j,、IL₁-IL_j均为归一处理后的归一值；计算第n次检测到的未知船舶相关数据与特性对航行船舶安全影响系数security_n：

式中，j为检测次数。

将环境影响因素计算模块和安全影响因素计算模块的数据分析结果进行综合分析，得到的影响海盗登船的综合影响因素。

海盗入侵分析模块，用于根据Environment_n和security_n的取值范围来分析是否有海盗入侵的风险。具体的，当Environment_n达到预定阈值A时，进行以下判断：

若security_n的值位于区间[B,B+к]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度最小；

若security_n的值位于区间(B+к,B+з]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度较大；

若security_n的值大于B+з，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度过大；

其中к、з是两个预先指定的与航行船舶安全影响系数security_n相关的区间变量宽度。

在具体分析时，将环境影响因素作为第一级影响因素，将未知船舶的数据为第二级影响因素，通过两级来对海盗入侵风险进行评估，从而为船舶的下一步行动提供有力参考依据。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：本系统包括：

传感器组，用于获取船舶周围环境因素和安全因素；环境因素具体包括：时间、季风等级、船舶自身速度、能见度、船舶干舷高度；安全因素包括船舶周围一定范围内的未知船的尺寸、航行速度、数量；

环境影响因素计算模块，用于根据环境因素，以及对海盗入侵的了解，计算各环境因素对应的环境影响因素，环境影响因素具体包括第n次检测的时间影响因素F_n、季风等级影响因素W_n、船舶自身速度影响因素P_n、能见度影响因素C_n和船舶干舷高度影响因素H_n；那么第n次检测到的船舶周边环境因素综合影响系数Environment_n为

Environment_n＝[ln(1+F_n)+ln(1+W_n)+ln(1+P_n)+ln(1+C_n)+ln(1+H_n)]×S_n

式中，第n次系统检测到船舶周边环境对成功入侵影响程度S_n是个归一值；

安全影响因素计算模块，用于根据安全因素，计算各安全因素对应的安全影响因素，安全影响因素具体包括第n次检测的未知船舶尺寸影响EL_n、未知船航行速度影响GL_n、未知船数目影响IL_n，其中EL_n、GL_n、IL_n均为归一处理后的归一值；计算第n次检测到的未知船舶相关数据与特性对航行船舶安全影响系数security_n：

式中，j为检测次数；

海盗入侵分析模块，用于根据Environment_n和security_n的取值范围来分析是否有海盗入侵的风险；

海盗入侵分析模块具体用于当Environment_n达到预定阈值A时，进行以下判断：

若security_n的值位于区间[B,B+к]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度最小；

若security_n的值位于区间(B+к,B+з]，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度较大；

若security_n的值大于B+з，则认为第n次检测中，影响海盗登船的综合影响程度过大；

其中B是海盗船不会入侵的最大航行船舶安全影响系数值，к、з是两个预先指定的与航行船舶安全影响系数security_n相关的区间变量宽度。

2.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的时间影响因素F_n通过查询权值表得到。

3.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的季风等级影响因素W_n具体通过以下方式得到：

其中B_n是实际检测到的季风等级。

4.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的船舶自身速度影响因素P_n具体通过以下方式得到：

其中D_n是检测到的船舶自身速度。

5.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的能见度影响因素C_n具体通过以下方式得到：

其中A_n是检测到的能见度距离值。

6.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的船舶干舷高度影响因素H_n具体通过以下方式得到：

M_n是在船舶自身数据在系统显示屏幕上的输入端口，手动输入的船舶本身固有数据。

7.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的未知船舶尺寸影响EL_n具体通过以下方式得到：

EL_n是通过雷达检测，将本船与海盗船的长度、高度做比进而确定影响因素，比值大则安全性大。

8.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的未知船航行速度影响GL_n具体通过以下方式得到：

GL_n将本船与海盗船的距离求导数，导数值小于零说明海盗船正在靠近船舶，危险性大。

9.根据权利要求1所述的船舶周边区域海盗入侵评估系统，其特征在于：第n次检测的未知船数目影响IL_n具体通过以下方式得到：

IL_n通过雷达检测海盗船舶的数量，数量越多，危险性越大。

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