CN110379207B - 一种自动船舶气象信息发布系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动船舶气象信息发布系统及其方法，其能够自动探测气象信息并根据该气象信息作出航线规划，同时减少系统对卫星宽带或信号的依赖，降低航海人士的经济负担，包括如下步骤：S1：自动船舶气象发布系统采用气象遥感获取所有强对流区的气象信息，初步计算得到各个强对流区的初步风险区；S2：自动船舶气象发布系统获取初步风险区内的所有船舶信息，并逐一判断强对流风险；若存在强对流风险，计算找到船舶对应的安全航线或者启动紧急救援程序；S3：自动船舶气象发布系统将S1和S2中获取的所有信息整合后发送至船舶。

Description

一种自动船舶气象信息发布系统及其方法
技术领域
本发明涉及船舶风险管理以及航线规划领域，具体而言，涉及一种自动船舶气象信息发布系统及其方法。
背景技术
一种用于向航海人士发布气象信息的系统和方法，其在现有技术中存在的问题如下：天气是航海活动中之重要一环。恶劣天气会造成危险海面情况，所以船员必须掌握会对其船舶造成危险的恶劣天气的位置及强度，才可有效做好风险管理。由于现时海上只有微弱甚至是没有移动通讯网络，现行船员必须依赖传统甚高频无线电(以下简称VHF)或卫星通讯来接收官方气象信息。然而，现时全球不同国家的公众海洋危险气象信息只包含会造成大范围持续大风浪的天气系统(如热带气旋、温带气旋、寒潮等)的信息，以及受影响海区的海浪信息，并没有包含小尺度强对流天气(雷暴)的位置、大小、强度变化及移动方向的信息。这种非精细化的气象信息虽能满足大型船舶(如邮轮、货轮等)的航海需要，但未能完全顾及能被小尺度强对流系统严重影响安全的小型船舶之实际需求。对于负担不起现时昂贵的专业气象导航服务之小型船舶船员而言，由于未能完全掌握所有危险因素，他们无法作出全面的风险评估，令其不能制定出最有效的应对方案。
目前船员要在没有移动网络的海上获得气象信息，主要方法为接收由官方气象机构通过VHF广播或者北斗短报文系统的统一气象信息。统一气象信息是由气象人员经过人工分析后撰写的，内容包括不同海区未来24小时的天气概况及/或警告，包括风力、浪高等重要航海天气要素，以及较具规模之恶劣天气系统(如热带气旋/低压区/低压槽)的位置、强度、未来24小时移动速度及方向和强度变化等。然而，这种信息并不能反映出规模较小(面积可小至10平方公里以下)的雷暴之具体位置、强度、移动方向及速度等信息，未能让船员对恶劣天气带来的航行风险作全面评估。船员虽可透过卫星上网查阅气象雷达图或付费气象导航服务来获得更精细的危险天气资料，但相关设备费及/或服务费高昂，并非所有人皆可负担。自行分析气象雷达图需要一定的时间，相关数据用量亦高，欠缺经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动船舶气象信息发布系统及其方法，其能够自动探测气象信息并根据该气象信息作出航线规划，同时减少系统对卫星宽带或信号的依赖，降低航海人士的经济负担。
本发明的实施例是这样实现的：
一种自动船舶气象信息发布方法，包括自动船舶气象发布系统，其使用步骤如下：
S1：自动船舶气象发布系统采用气象遥感获取所有强对流区的气象信息，初步计算得到各个强对流区的初步风险区；
S2：自动船舶气象发布系统获取初步风险区内的所有船舶信息，并逐一判断强对流风险；若存在强对流风险，计算找到船舶对应的安全航线或者启动紧急救援程序；
S3：自动船舶气象发布系统将S1和S2中获取的所有信息整合后发送至船舶。
在本发明的较佳实施例中，上述S1的具体操作如下：
S11：采用气象遥感探测数据辨别出所有强对流的位置；
S12：将相近的强对流网格点组合成强对流区，并将强对流区简化为几何形状；
S13：将几何形状的中心作为强对流区中心，并计算出强对流区的长度和阔度；
S14：采用矢量算法比较上一组遥感气象数据计算得到完整的移动矢量场；
S15：根据S12和S14的计算结果，计算出各个强对流区的平均移动矢量以及移动矢量分布分散量；
S16：根据S12和S15的计算结果得到强对流区的路径足迹宽度；
S17：计算得到各个强对流区的初步风险区。
在本发明的较佳实施例中，上述S2的具体操作如下：
S21：初步判断船舶共位于多少个初步风险区内，计算出船舶从初步风险区的逃离时间；根据逃离时间计算得到各个强对流区对应单一船舶的第二风险区，将初步风险区和第二风险区合并为总强对流风险区；根据船舶的位置，计算出船舶到达停泊点的距离和计算式；
S22：根据方程式或者几何方法计算每一条到达海岸停泊点的航线是否与总强对流风险区的两侧存在交叉点，判断停泊点是否位于总强对流风险区内；S22包括如下结果：
①航线与总强对流风险区存在交叉点，并且船舶位于总强对流风险区内；则表示船舶有即时风险，此时停泊点位于总强对流风险区的两侧外；
②航线与总强对流风险区存在交叉点，并且船舶位于总强对流风险区外；则代表船舶没有即时风险，但是总强对流风险区会横过船舶和停泊点之间的水域；
③航线与总强对流风险区不存在交叉点，并且船舶位于总强对流风险区外；则船舶没有即时风险；
④航线与总强对流风险区不存在交叉点，并且船舶位于总强对流风险区内；则船舶有即时风险，并且停泊点也在总强对流风险区内；
S23：根据S22的计算结果做出处理：
若船舶在总强对流风险区内无可行安全停泊点，并且航向与强对流移动方向的绝对角度不小于90°时，计算出船舶从强对流风险区的两侧逃离的最短距离和脱离点；然后采用S231算法分别判断船舶是否能够在强对流区到达各个脱离点安全离开强对流风险区；若安全点存在，则采用选定航行；若不存在安全点，则建议船舶前往较接近的侧面脱离点，同时启动紧急程序。
在本发明的较佳实施例中，上述S23包括如下步骤：
S231：计算结果为①-④中的任一一种，则分别计算出船舶到达停泊点或交叉点的时间、强对流风险区到达停泊点或交叉点的时间，计算出船舶在不受强对流风险的情况下达到停泊点或者交叉点的时间是否大于预设的安全缓冲时间；若大于则表示船舶能够脱险，反之则不能脱险；
S232：计算结果为②，若交叉点有2个，则计算出船舶和强对流风险区分别到达交叉点的时间；若交叉点有1个，则计算出船舶和强对流风险区分别到达停泊点和交叉点的时间；若回航时间充裕，则选择性通知船舶，若回航时间不充裕，则必须通知船舶；
S233：计算结果为③，无需通知船舶。
在本发明的较佳实施例中，上述S1中还包括如下步骤：自动船舶气象发布系统将初步风险区信息进行编码压缩得到强对流风险区讯息编码，并将强对流风险区讯息编码发送至港口终端和船舶终端进行解码。
在本发明的较佳实施例中，上述S1中的气象遥感采取的探测数据包括气象雷达回波反射率、红外线卫星云图的云顶温度、闪电定位数据；强对流区的获取方法包括：使用数值平流算法将实时标量气象观测数据的空间分布根据矢向量场进行外推，并记录在不同时长的外推后标量数据的空间痕迹分布，然后采用气象遥感获取强对流区的位置作为不同时效的强对流风险区。
在本发明的较佳实施例中，上述矢量算法包括光流法。
在本发明的较佳实施例中，上述路径足迹宽度的计算方法包括如下步骤：
S161：根据几何图形找出强对流区的所有顶点坐标；
S162：根据所述平均移动矢量得到移动线在坐标系统上的斜率m1、m1m2＝-1，计算出斜切面线的斜率m2；根据m2得到斜切面线的线性方程：y＝m2x+c，其中c为任意实数；
S163：以所述强对流区的每个顶点Vn的坐标位置
Figure GDA0002625648270000051
作为参考点，通过
Figure GDA0002625648270000052
计算线性方程Cn的值；
S164：通过x′n＝m1x′n+Cn；y′n＝m1y′n+Cn；得到各个顶点线性方程与横切面线的相交点(x′n，y′n)；
S165：取两个相交点相距最远的距离作为强对流区的路径足迹宽度。
在本发明的较佳实施例中，上述初步风险区的计算方法如下：
S171：若光流法得出的强对流区的移动方向有误差，则风险区宽度随时间增加；
S172：若光流法得出的强对流区的移动速度被低估，则风险区比实际长；
S173：若强对流区的大小、移动方向不变，则计算出一梯形状的对应的tlead小时的初步风险区。
本发明实施例的有益效果是：
1.本系统全自动操作，可大幅降低气象导航的相关成本以及服务费，令更多人能够享受气象导航服务；
2.通过岸上实时遥感探测，航海人士能在任何能见度下随时随地精准地掌握所有会带来风险的强对流区之实际位置、移动及强度变化，无需等待一般的定时天气预报，大幅增加其气象风险管理有效性；
3.气象信息高度客制化，航海人士可根据其实际海上作业情况设定安全缓冲幅度，而系统只会在风险时才向船舶发送相关信息，且内容精简易明，航行人士无需花费大量金钱与时间下载及分析数据，大幅提升作业及经济效率及降低人为误判风险的机会。
4.本系统能有效及客观地管理可严重危及小型船舶航行安全的短时小尺度气象风险，可大幅提高小型船舶航行安全系数。除了能有效直接保障相关航海人士安全，亦能降低船舶保险费用，减少航海人士经济负担；同时亦能增加保险公司承保意欲，除了能令更多航海人士受到保障外，亦有助保险业开拓新巿场增加其收入。
5.由于信息内容精简易明，且可进一步编码压缩，可配合我国北斗卫星定位系统中之短报文通讯服务，构建非常实惠的全方位气象风险管理服务平台，剔除气象风险管理服务对卫星宽带/手机信号的依赖，降低享受气象导航服务的经济能力门槛，全面开拓我国以至全世界的气象风险管理巿场；同时向世界推广我国北斗卫星定位系统之高度实用性，打破西方国家在卫星定位以及气象风险管理服务的垄断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例的操作流程图；
图2为本发明实施例的初步风险区计算示意图；
图3为本发明第二实施例的操作流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参见图1，本实施例提供一种自动船舶气象信息发布系统及其方法，在本实施例中的自动船舶气象信息发布系统建设于岸上服务器，该系统的使用流程如下：
S11：利用任何种类的遥感气象探测数据辨别出所有强对流的位置。强对流的界定可通过设定数据绝对值或梯度值门槛，或根据特征、或任何形式的机械学习手段达成。在本实施例中采用气象遥感探测的数据包括但不限于气象雷达回波反射率、红外线卫星云图的云顶温度及闪电定位数据。
S12：将相近的强对流网格点组合成强对流区，并将其简化成多边形或其他几何形状。强对流区的面积必须大于预设最少值。在本实施例中的相近强对流网格点为：网格点的相互像素距离或所代表的地理距离少于预设值的网格点。在本实施例中的强对流区面积可以选取像数或实际地球上的面积。在本实施例中的预设最小值为50平方公里。
S13：以各强对流区的几何中心作为相对的强对流区域中心，并以强对流区域中心作为参考点以几何算法计算各强对流区长度及阔度。
S14：使用矢量算法比较上一组遥感气象数据计算出完整移动矢量场，即速度及方位角；在本实施例中使用光流法，在其他实施例中可以使用其他任何能计算出矢量的算法计算出移动矢量场。
S15：根据S12及S14的结果，计算各强对流区内的平均移动矢量。在本实施例中的平均泛指任何种类的平均值，包括但不限于普通平均数、加权平均数、中位数及众数。同时，计算出各强对流区内移动矢量分布的n与标准差之积或其他代表分布分散度的量,其中n为一预设的正实数，作为相对强对流区的移动速度及方向误差。
S16：通过以下流程计算出各强对流区的路径足迹宽度wfp:
S161：根据S12的结果找出强对流区所有顶点的坐标位置。
S162：根据从S15得出之强对流区平均移动方位角得出移动线在坐标系统上的斜率m1、根据公式m1m2＝-1(两者之夹角为90度)，计算出斜切面线的斜率m2；根据m2构建出代表横切面线的线性方程：y＝m2x+c，其中c为任意实数；
S163：以所述强对流区的每个顶点Vn的坐标位置
Figure GDA0002625648270000091
作为参考点，计算出S162中提及线性方程c的值，通过
Figure GDA0002625648270000092
计算得到线性方程Cn的值；
S164：通过x′n＝m1x′n+Cn；y′n＝m1y′n+Cn；得到各个顶点线性方程与横切面线的相交点(x′n，y′n)；
S165：计算相隔最远的两个相交点之距离作为该强对流区的移动足迹宽度。
S17：计算出各强对流区的初步风险区，请参见图2，方法以下：
S171：假设光流法所得出的强对流区移动方向有误差α(其值可为预设或通过机器学习取得)，令风险区宽度会随时间增加。
S172：假设光流法所得出的强对流区移动速度被低估ε％(ε的值可为预设或通过机器学习取得)，令风险区比实际长。
S173：假设强对流区的大小不变，以及移动方向不改变，以几何数学(详见下图)计算出一梯形状的相应tlead小时强对流风险区。
然后，自动船舶气象发布系统获取初步风险区内的所有船舶信息，并逐一判断强对流风险；若存在强对流风险，计算找到船舶对应的安全航线或者启动紧急救援程序；
S21：找出所有在初步强对流风险区的船舶，然后根据各船舶的情况逐一判断风险，方法如下：
a.以普通几何学判别船舶共位于多少个初步强对流风险区之中，然后计算船舶以特定航速vs从各风险区两侧逃离的所需时间tesp，算式为
Figure GDA0002625648270000101
当中α为S17中提及的强对流区移动角度误差，ε为S17中提及的预设误差常数，d为船舶与强对流区前缘之直线距离。
b.取所有tesp的最大值作为船舶脱险时间，然后再加上额外安全缓冲时间tbuffer作为tlead，并根据S173的算法计算出各强对流区对应单一船舶的风险区。最后将所有风险区合并为船舶总强对流风险区。tbuffer的值不能为负数。
c.根据船舶的位置，计算出船舶与各海岸停泊点(如港口、码头、避风港等)的直线(或航线)距离以及其方程。
S22：以解方程或几何方法(如窗测试法)找出每一条到达海岸停泊点的航线是否与总强对流风险区的两侧存在交叉点。
①如果存在交叉点，且船舶位于风险区内，代表船舶有即时风险，而海岸停泊点位于风险区两侧之外。
②如果存在交叉点，但船舶位于风险区外，代表船舶没有即时风险，但风险区会横过船舶与海岸停泊点之间的水域。
③如果不存在交叉点，船舶亦位于风险区外，代表船舶没有即时风险，其与海岸停泊点之间的海域暂未预测会受到强对流天气影响。
④如果不存在交叉点，但船舶位于风险区内，代表船舶有即时风险，海岸停泊点亦位于风险区之内。
S23：根据S22的计算结果做出处理：
S231：计算结果为①-④中的任一一种，计算船舶驶至海岸停泊点或交叉点的所需时间tsafety,公式为：
Figure GDA0002625648270000111
其中dsafety为船舶与海岸停泊点最短航行距离；
以简单几何数学算法计算出海岸停泊点或交叉点与强对流区的最短直线距离dstorm以及其座向(角位)θ0，并计算出与强对流区移动方向θstm的夹角Δθ，公式为：Δθ＝max(θstm±α-θ0)；
计算强对流区到达交叉点的时间
Figure GDA0002625648270000112
若|tstorm-tsafety＞tbuffer代表船舶能在不受强对流风险的情況下到达海岸停泊点/交叉点，否则不能。
S232：计算结果为②，若交叉点有2个，则根据S231的算法计算出船舶到达所有交叉点的时间与强对流到达交叉点的时间。交叉点有1个，则则要将海岸停泊点坐标纳入计算。若所有交叉点及海岸停泊点符合条件|tstorm-tsafety|＞tbuffer，代表，船舶选择立即回航的话，船舶不会受到强对流影响情况下驶至海岸停泊点，按用户喜好设定是否需要通知；反之不能，必须通知船舶。
S233：计算结果为③，无需通知船舶。
S24：分析所有海岸停泊点的安全性后，若船舶位于风险区中但没有可行安全海岸，则以普通几何算法计算出在航向与强对流区移动方向之绝对角度差不得少于90度的限制下，船舶从两侧脱离风险区的最短距离之及脱离点。然后以(9a)中的算法分別判断船舶是否能够在强对流区抵达各脱离点前安全离开风险区。若安全脱离点存在，向船舶建议相关航向。若不存在安全脱离点，则仍建议船舶前往较接近的侧面脱离点，但启动紧急程序，包括但不限于通知脱离点附近之大型船舶、救援队等留意情況。
S3：将所有信息整合后发送给船舶。
第二实施例
请参见图3，本实施例提供一种自动船舶气象信息发布系统及其方法，在本实施例中的自动船舶气象信息发布系统分别建设在岸上服务器和船舶终端上，S1步骤实施于岸上服务器，S2及其S3实施于船舶终端。
作为优化，在本实施例中的岸上服务器在分析了初步强对流风险区后，可将各风险区的位置信息以编码通过任何可行通讯手段发送至船舶终端设备。接收到相关信息的船舶终端会对其进行解码，及后进行S2及其后所有剩余步骤。船舶终端可以任何媒体方式向用终端持有人展示相关信息，包括但不限于文字、音频、图像以及扩增/虚拟实景。
在本实施例中的自动船舶气象信息发布系统的使用流程如下：
S11：利用任何种类的遥感气象探测数据辨别出所有强对流的位置。强对流的界定可通过设定数据绝对值或梯度值门槛，或根据特征、或任何形式的机械学习手段达成。在本实施例中采用气象遥感探测的数据包括但不限于气象雷达回波反射率、红外线卫星云图的云顶温度及闪电定位数据。
在本实施例中，S11还包括如下步骤：利用任何平流方案，将实时标量气象观测数据的空间分布根据矢向量场进行外推，并纪录在不同时长的外推后标量数据的空间痕迹分布。然后根据S11分辩出强对流区的位置，并以此作为不同时效的强对流风险区。平流方案包括半拉格朗日平流方案、逆风差分平流方案、总变差减少平流方案等数值平流算法。
S12：将相近的强对流网格点组合成强对流区，并将其简化成多边形或其他几何形状。强对流区的面积必须大于预设最少值。在本实施例中的相近强对流网格点为：网格点的相互像素距离或所代表的地理距离少于预设值的网格点。在本实施例中的强对流区面积可以选取像数或实际地球上的面积。在本实施例中的预设最小值为50平方公里。
S13：以各强对流区的几何中心作为相对的强对流区域中心，并以强对流区域中心作为参考点以几何算法计算各强对流区长度及阔度。
S14：使用矢量算法比较上一组遥感气象数据计算出完整移动矢量场，即速度及方位角；在本实施例中使用光流法，在其他实施例中可以使用其他任何能计算出矢量的算法计算出移动矢量场。
S15：根据S12及S14的结果，计算各强对流区内的平均移动矢量。在本实施例中的平均泛指任何种类的平均值，包括但不限于普通平均数、加权平均数、中位数及众数。同时，计算出各强对流区内移动矢量分布的n与标准差之积或其他代表分布分散度的量,其中n为一预设的正实数，作为相对强对流区的移动速度及方向误差。
在本实施例中的S15还包括如下步骤：先根据S15计算出各强对流区的平均移动矢量，仍然计算各强对流区中的矢量带有某程度的辐散性，其值可为假设或其他手段获得，计算出强对流区内的矢向量场。然后利用任何平流方案，如半拉格朗日平流方案、逆风差分平流方案、总变差减少平流方案等数值平流算法，将实时标量气象观测数据的空间分布根据矢向量场进行外推，并纪录在不同时长的外推后标量数据的空间痕迹分布。然后根据S11分辩出强对流区的位置，并以此作为不同时效的强对流风险区。
S16：通过以下流程计算出各强对流区的路径足迹宽度wfp:
S161：根据S12的结果找出强对流区所有顶点的坐标位置。
S162：根据从S15得出之强对流区平均移动方位角得出移动线在坐标系统上的斜率m1、根据公式m1m2＝-1(两者之夹角为90度)，计算出斜切面线的斜率m2；根据m2构建出代表横切面线的线性方程：y＝m2x+c，其中c为任意实数；
S163：以所述强对流区的每个顶点Vn的坐标位置
Figure GDA0002625648270000141
作为参考点，计算出S162中提及线性方程c的值，通过
Figure GDA0002625648270000142
计算得到线性方程Cn的值；
S164：通过x′n＝m1x′n+Cn；y′n＝m1y′n+Cn；得到各个顶点线性方程与横切面线的相交点(x′n，y′n)；
S165：计算相隔最远的两个相交点之距离作为该强对流区的移动足迹宽度。
S17：计算出各强对流区的初步风险区，请参见图2，方法以下：
S171：假设光流法所得出的强对流区移动方向有误差α(其值可为预设或通过机器学习取得)，令风险区宽度会随时间增加。
S172：假设光流法所得出的强对流区移动速度被低估ε％(ε的值可为预设或通过机器学习取得)，令风险区比实际长。
S173：假设强对流区的大小不变，以及移动方向不改变，以几何数学(详见下图)计算出一梯形状的相应tlead小时强对流风险区。
作为优化，在本实施例中的自动船舶气象发布系统在得到观测数据后，将所有观测数据同化(三维同化或四维同化)后植入数值天气预报动力模式，并利用模式运算结果得出强对流区的时空变化轨迹，然后根据S11分辩出强对流区的位置，以此作为不同时效的强对流风险区。
然后，S2：自动船舶气象发布系统获取初步风险区内的所有船舶信息，并逐一判断强对流风险；若存在强对流风险，计算找到船舶对应的安全航线或者启动紧急救援程序；
S21：找出所有在初步强对流风险区的船舶，然后根据各船舶的情况逐一判断风险，方法如下：
a.以普通几何学判别船舶共位于多少个初步强对流风险区之中，然后计算船舶以特定航速vs从各风险区两侧逃离的所需时间tesp，算式为
Figure GDA0002625648270000151
当中α为S17中提及的强对流区移动角度误差，ε为S17中提及的预设误差常数。
b.取所有tesp的最大值作为船舶脱险时间，然后再加上额外安全缓冲时间tbuffer作为tlead，并根据S173的算法计算出各强对流区对应单一船舶的风险区。最后将所有风险区合并为船舶总强对流风险区。tbuffer的值不能为负数。
c.根据船舶的位置，计算出船舶与各海岸停泊点(如港口、码头、避风港等)的直线(或航线)距离以及其方程。
作为优化，在本实施例中根据船舶位置搜寻其方圆一特定距离内的强对流，并根据用户喜好(如距离最接近/会抵达船舶现时位置等)的强对流区位置资料发送给船舶。)
S22：以解方程或几何方法(如窗测试法)找出每一条到达海岸停泊点的航线是否与总强对流风险区的两侧存在交叉点。
①如果存在交叉点，且船舶位于风险区内，代表船舶有即时风险，而海岸停泊点位于风险区两侧之外。
②如果存在交叉点，但船舶位于风险区外，代表船舶没有即时风险，但风险区会横过船舶与海岸停泊点之间的水域。
③如果不存在交叉点，船舶亦位于风险区外，代表船舶没有即时风险，其与海岸停泊点之间的海域暂未预测会受到强对流天气影响。
④如果不存在交叉点，但船舶位于风险区内，代表船舶有即时风险，海岸停泊点亦位于风险区之内。
S23：根据S22的计算结果做出处理：
S231：计算结果为①-④中的任一一种，计算船舶驶至海岸停泊点或交叉点的所需时间tsafety,公式为：
Figure GDA0002625648270000161
其中dsafety为船舶与海岸停泊点最短航行距离；
以简单几何数学算法计算出海岸停泊点或交叉点与强对流区的最短直线距离dstorm以及其座向(角位)θ0，并计算出与强对流区移动方向θstm的夹角Δθ，公式为：Δθ＝max(θstm±α-θ0)；
计算强对流区到达交叉点的时间
Figure GDA0002625648270000162
若|tstorm-tsafety＞tbuffer代表船舶能在不受强对流风险的情況下到达海岸停泊点/交叉点，否则不能。
S232：计算结果为②，若交叉点有2个，则根据S231的算法计算出船舶到达所有交叉点的时间与强对流到达交叉点的时间。交叉点有1个，则则要将海岸停泊点坐标纳入计算。若所有交叉点及海岸停泊点符合条件|tstorm-tsafety|＞tbuffer，代表，船舶选择立即回航的话，船舶不会受到强对流影响情况下驶至海岸停泊点，按用户喜好设定是否需要通知；反之不能，必须通知船舶。
S233：计算结果为③，无需通知船舶。
S24：分析所有海岸停泊点的安全性后，若船舶位于风险区中但没有可行安全海岸，则以普通几何算法计算出在航向与强对流区移动方向之绝对角度差不得少于90度的限制下，船舶从两侧脱离风险区的最短距离之及脱离点。然后以(9a)中的算法分別判断船舶是否能够在强对流区抵达各脱离点前安全离开风险区。若安全脱离点存在，向船舶建议相关航向。若不存在安全脱离点，则仍建议船舶前往较接近的侧面脱离点，但启动紧急程序，包括但不限于通知脱离点附近之大型船舶、救援队等留意情況。
S3：将所有信息整合后发送给船舶。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，包括自动船舶气象发布系统，所述自动船舶气象信息发布方法步骤如下：
S1：所述自动船舶气象发布系统采用气象遥感获取所有强对流区的气象信息，并初步计算得到各个所述强对流区的初步风险区；
S2：所述自动船舶气象发布系统获取所述初步风险区内的所有船舶信息，并逐一判断强对流风险；若存在强对流风险，计算找到所述船舶对应的安全航线或者启动紧急救援程序；
S3：所述自动船舶气象发布系统将S1和S2中获取的所有信息整合后发送至船舶，
所述S1的具体操作如下：
S11：采用所述气象遥感探测数据辨别出所有所述强对流的位置；
S12：将相近的强对流网格点组合成所述强对流区，并将所述强对流区简化为几何形状，所述相近的强对流网格点为：网格点的相互像素距离或所代表的地理距离少于预设值的网格点；
S13：将所述几何形状的中心作为所述强对流区中心，并计算出所述强对流区的长度和阔度；
S14：采用矢量算法比较上一组遥感气象数据计算得到完整的移动矢量场，所述移动矢量场包括速度和方位角；
S15：根据S12和S14的计算结果，计算出各个所述强对流区的平均移动矢量以及所述移动矢量分布分散量；
S16：根据所述S12和所述S15的计算结果得到所述强对流区的路径足迹宽度，所述路径足迹宽度的计算方法包括如下步骤：
S161：根据所述几何形状找出所述强对流区的所有顶点坐标；
S162：根据所述平均移动矢量得到移动线在坐标系统上的斜率m1、m1m2＝-1，计算出斜切面线的斜率m2；根据m2得到斜切面线的线性方程：y＝m2x+c，其中c为任意实数；
S163：以所述强对流区的每个顶点Vn的坐标位置
Figure FDA0002625648260000021
作为参考点，通过
Figure FDA0002625648260000022
计算线性方程Cn的值；
S164：通过x′n＝m1x′n+Cn；y′n＝m1y′n+Cn；得到各个顶点线性方程与横切面线的相交点(x′n，y′n)；
S165：取两个相交点相距最远的距离作为所述强对流区的路径足迹宽度；
S17：计算得到各个所述强对流区的初步风险区。
2.根据权利要求1所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述S2的具体操作如下：
S21：初步判断船舶共位于多少个所述初步风险区内，计算出船舶从所述初步风险区的逃离时间；根据所述逃离时间计算得到各个所述强对流区对应单一船舶的第二风险区，将所述初步风险区和所述第二风险区合并为总强对流风险区；根据船舶的位置，计算出所述船舶到达停泊点的距离和方程式；
S22：根据所述方程式或者几何方法计算每一条到达海岸停泊点的航线是否与所述总强对流风险区的两侧存在交叉点，判断所述停泊点是否位于所述总强对流风险区内；所述S22包括如下结果：
①航线与所述总强对流风险区存在交叉点，并且船舶位于所述总强对流风险区内；
②航线与所述总强对流风险区存在交叉点，并且船舶位于所述总强对流风险区外；
③航线与所述总强对流风险区不存在交叉点，并且船舶位于所述总强对流风险区外；
④航线与所述总强对流风险区不存在交叉点，并且船舶位于所述总强对流风险区内；
S23：根据S22的计算结果做出处理：判断船舶是否有安全停泊点，计算出逃离最短距离、脱离点、脱离时间；若存在安全停泊点，选择最短距离航线；若不存在安全停泊点，则选择就近侧面脱离点，同时启动紧急程序。
3.根据权利要求2所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述S23包括如下步骤：
S231：计算结果为①-④中的任意一种，判断船舶在不受强对流风险的情况下到达所述停泊点或者交叉点的时间是否大于预设的安全缓冲时间；若大于则表示船舶能够脱险，反之则不能脱险；
S232：计算结果为②，若交叉点有2个，则计算出船舶和所述强对流风险区分别到达所述交叉点的时间；若交叉点有1个，则计算出船舶和所述强对流风险区分别到达所述停泊点和所述交叉点的时间；若能脱险，则选择性通知船舶，若不能脱险，则必须通知船舶；
S233：计算结果为③，无需通知船舶。
4.根据权利要求1所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述S1中还包括如下步骤：所述自动船舶气象发布系统将所述初步风险区信息进行编码压缩得到强对流风险区讯息编码，并将所述强对流风险区讯息编码发送至港口终端和船舶终端进行解码。
5.根据权利要求1所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述S1中的气象遥感采取的探测数据包括气象雷达回波反射率、红外线卫星云图的云顶温度、闪电定位数据；所述强对流区的获取方法包括：使用数值平流算法将实时标量气象观测数据的空间分布根据矢向量场进行外推，并记录在不同时长的外推后标量数据的空间痕迹分布，然后采用气象遥感获取强对流区的位置作为不同时效的强对流风险区。
6.根据权利要求1所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述矢量算法包括光流法。
7.根据权利要求6所述的自动船舶气象信息发布方法，其特征在于，所述初步风险区的计算方法如下：
S171：若光流法得出的强对流区的移动方向有误差，则风险区宽度随时间增加；
S172：若光流法得出的强对流区的移动速度被低估，则风险区比实际长；
S173：若所述强对流区的大小、移动方向不变，则计算出一梯形状的与初步风险评估时效tlead小时对应的的初步风险区，其中，所述初步风险评估时效tlead通过如下方式确定：
以普通几何学判别船舶共位于多少个初步强对流风险区之中，然后计算船舶以特定航速vs从各风险区两侧逃离的所需时间tesp，算式为
Figure FDA0002625648260000041
Figure FDA0002625648260000042
其中α为强对流区移动角度误差，ε为预设误差常数，wfp为路径足迹宽度，d为船舶与强对流区前缘之直线距离；
取所有tesp的最大值作为船舶脱险时间，然后再加上额外安全缓冲时间tbuffer作为所述初步风险评估时效tlead。
8.一种自动船舶气象信息发布系统，其特征在于，包括权利要求1-7中任一所述自动船舶气象信息发布方法中所使用的所述自动船舶气象发布系统，所述自动船舶气象信息发布系统安装在岸上服务器或者船舶终端上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100568614B1 (ko) * 2003-12-30 2006-04-07 삼성중공업 주식회사 선박의 최적화 항해 시스템 및 그 방법
JP2012048492A (ja) * 2010-08-26 2012-03-08 Halex Corp 荒天警報システム
CN102129566A (zh) * 2011-03-09 2011-07-20 国家卫星气象中心 基于静止气象卫星识别暴雨云团的方法
CN102426398A (zh) * 2011-08-25 2012-04-25 南通航运职业技术学院 一种航线天气预报的方法
CN102999914B (zh) * 2012-11-28 2014-08-13 国家海洋局第二海洋研究所 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法
CN103337133B (zh) * 2013-06-14 2015-08-05 广东电网公司中山供电局 基于识别预报技术的电网雷暴灾害预警系统及方法
KR101543519B1 (ko) * 2013-12-31 2015-08-21 목포해양대학교 산학협력단 선회 중심 추정에 의한 선박의 주묘 여부 판별 시스템 및 방법
CN104267723B (zh) * 2014-09-09 2017-05-03 江苏科技大学 远洋船舶导航自动航行系统及导航方法
CN104849777A (zh) * 2014-12-08 2015-08-19 国家电网公司 基于交叉相关追踪法的电网设备区域对流天气预报方法
CN108732570B (zh) * 2017-04-20 2021-10-19 深圳市气象局 基于粒子滤波融合算法的灾害性对流天气的临近预报方法

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