CN111833657B - 船舶避碰方法、系统和存储介质 - Google Patents

船舶避碰方法、系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船舶避碰方法、系统和存储介质，方法包括以下步骤：获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向。本发明通过根据获取的第一信息分析当前船舶的会遇状态，并根据会遇状态绘制船舶碰撞风险图，然后根据碰撞风险图确定当前船舶的多个安全航速和多个安全航向，使得船舶驾驶人员在同一时刻可选有多种避碰操作的航速和航向选择，以在一定程度上有效降低船舶碰撞事故的发生概率。本发明可广泛应用于船舶航行安全技术领域。

Description

船舶避碰方法、系统和存储介质
技术领域
本发明涉及船舶航行安全技术领域，尤其是一种船舶避碰方法、系统和存储介质。
背景技术
船舶碰撞是水路运输过程中最为常见的一种事故类型，而导致事故的重要原因是船舶驾驶人员缺乏碰撞风险意识。研究显示，现有的船舶避碰方法仅提供一种避碰决策，而实际情况是变幻无常。在当前避碰决策无法实行时，现有的船舶避碰方法无法及时的为驾驶人员提供其他避碰决策，使得船舶驾驶人员无法选择其他避碰决策进行避碰操作，导致无法及时避免事故发生。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本发明的目的在于：提供一种船舶避碰方法、系统和存储介质，其能在一定程度上有效降低船舶碰撞事故的发生概率。
本发明实施例的第一方面提供了：
一种船舶避碰方法，包括以下步骤：
获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；
根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向。
进一步地，所述根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态，包括：
获取预设避碰规则；
判断所述相对距离与预设距离值的大小关系；
当所述相对距离小于所述预设距离值，根据所述预设避碰规则以及所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息分析所述当前船舶的会遇状态。
进一步地，所述根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图，包括：
根据所述预设避碰规则确定避碰责任系数；
根据所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息计算速度矢量关系；
根据所述避碰责任系数和所述速度矢量关系计算不安全速度矢量集；
确定可用速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集和所述可用速度矢量集确定当前船舶的安全速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集、所述可用速度矢量集和所述安全速度矢量集绘制所述船舶碰撞风险图。
进一步地，所述确定可用速度矢量集，包括：
获取所述当前船舶的最大转向幅度；
根据所述最大转向幅度确定可用速度矢量集。
进一步地，在同一会遇状态下，所述当前船舶的避碰责任系数与所述多个目标船舶的避碰责任系数之和为1。
进一步地，所述会遇状态包括交叉相遇、追越和对遇。
进一步地，所述位置信息为墨卡托投影坐标，所述墨卡托投影坐标通过地理坐标转换得到。
本发明实施例的第二方面提供了：
一种船舶避碰系统，包括：
获取模块，用于获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；
分析模块，用于根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
绘制模块，用于根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
计算模块，用于根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向。
本发明实施例的第三方面提供了：
一种船舶避碰系统，包括：
至少一个存储器，用于存储程序；
至少一个处理器，用于加载所述程序以执行所述的船舶避碰方法。
本发明实施例的第四方面提供了：
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的船舶避碰方法。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例通过获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，接着根据第一信息分析当前船舶的会遇状态，并根据会遇状态绘制船舶碰撞风险图，然后根据碰撞风险图确定当前船舶的多个安全航速和多个安全航向，使得船舶驾驶人员在同一时刻可选有多种避碰操作的航速和航向选择，以在一定程度上有效降低船舶碰撞事故的发生概率。
附图说明
图1为本发明一种具体实施例的船舶避碰方法的流程图；
图2为一种具体实施例的避碰责任划分示意图；
图3为一种具体实施例的可用速度矢量集示意图；
图4为一种具体实施例的船舶碰撞风险示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
首先，对本申请出现的名词进行解释：
AIS：船舶自动识别系统，一种应用于船与岸、船与船之间的海事安全通信的新型助航系统。
ARPA：自动雷达标绘仪。
GOLREGS：国际海上避碰规则，其目的是为了防止、避免海上船舶之间的碰撞。
参照图1，本发明实施例提供了一种船舶避碰方法，本实施例可应用于终端对应的后台控制端中，也可应用于服务器中。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式计算机等，但并不局限于此。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
本实施例包括步骤S1-S4：
S1、获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；所述第一信息可通过AIS设备或ARPA获取。所述速度信息可以是船舶各自的速度，也可以是当前船舶与目标船舶的相对速度。在一些实施例中，为了便于计算船舶之间的碰撞关系，将所述位置信息设置为墨卡托投影坐标，所述墨卡托投影坐标可通过地理坐标转换得到，其转换过程可采用公式1-公式4进行转换：
Figure BDA0002557988840000041
Figure BDA0002557988840000042
x＝r0×λ 公式3
y＝r0×q 公式4
其中，点(x，y)为墨卡托投影坐标，
Figure BDA0002557988840000043
表示经度，λ表示纬度，
Figure BDA0002557988840000044
表示墨卡托投影的标准纬度，a为地球椭圆的长半径，e0为地球椭圆的第一偏心率，e为地球椭圆的第二偏心率，r0为标准纬度平行圆半径，q为等距纬度。
S2、根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
在一些实施例中，所述步骤S2可通过以下方式实现：
获取预设避碰规则；所述预设避碰规则为GOLREGS。
判断所述相对距离与预设距离值的大小关系；所述预设距离可以是3海里。
当所述相对距离小于所述预设距离值，根据所述预设避碰规则以及所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息分析所述当前船舶的会遇状态。所述会遇状态包括交叉相遇、追越和对遇。具体是在所述相对距离小于所述预设距离值时，通过非线性动态速度障碍算法执行步骤S3和S4。
本实施例能降低服务端或者后台控制端的数据处理量。
S3、根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
在一些实施例中，所述步骤S3可通过以下方式实现：
根据所述预设避碰规则确定避碰责任系数；即根据GOLREGS确定当前船舶与目标船舶的避碰责任系数。如图2所示，当目标船舶出现在A、B和E区域是，当前船舶为让路船，反之，当前船舶为直航船。因此，所述避碰责任系数需根据实际情况确定责任系数Wn，其中，Wn的取值范围为(0,1]，0代表没有责任，1代表全部责任。在形成紧迫局面或让路船未进行避碰操作，直航船也负有避碰责任。在同一会遇状态下，所述当前船舶的避碰责任系数与所述多个目标船舶的避碰责任系数之和为1。
根据所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息计算速度矢量关系；
根据所述避碰责任系数和所述速度矢量关系计算不安全速度矢量集；
在一些实施例中，设当前船舶的位置为Pa、速度为Va、航向为Ca，目标船舶为Pb、速度为Vb、航向为Cb，则当前船舶的不安全速度矢量集RRVOA可通过公式5计算得到：
Figure BDA0002557988840000051
其中，Wa为当前船舶的责任系数，取值范围为(0,1]，0代表没有责任，1代表全部责任；VOanew为考虑碰责任后的当前船舶不安全速度矢量集，
Figure BDA0002557988840000052
为会发生碰撞的当前船舶的速度矢量集，其计算方法为公式6：
Figure BDA0002557988840000053
其中，Pa(t)为本船在t时刻位置，Pb(t0)为目标船舶在当前时刻t0的位置。t0为当前时刻，t为t0后任意时刻；ConfP是描述当在时间t时本船和目标船之间发生船舶碰撞风险时，目标船的所有可能位置的术语；(O,R)指的是一个区域，由本船和目标船距离小于R构成的；
Figure BDA0002557988840000054
表示闵可夫斯基加法。
确定可用速度矢量集；
在一些实施例中，所述确定可用速度矢量集，可通过以下方式实现：
获取所述当前船舶的最大转向幅度；
根据所述最大转向幅度确定可用速度矢量集。
例如，设定当前船舶的最大转向幅度为[-45°,45°]，则本船的可用速度矢量集VPA如图3所示。其中，VA为当前船舶的速度矢量集，Vleft和Vright为当前船舶进行最大幅度转向并加速至最高速度后的速度矢量。
本实施例通过可得到当前船舶的有效可用速度矢量集，提高后续处理过程的准确度。
根据所述不安全速度矢量集和所述可用速度矢量集确定当前船舶的安全速度矢量集；所述安全速度矢量集为所述不安全速度矢量集在所述可用速度矢量集中的补集。
根据所述不安全速度矢量集、所述可用速度矢量集和所述安全速度矢量集绘制所述船舶碰撞风险图。
例如，取不安全速度矢量集RRVOA在可用速度矢量集VPA中的相对补集作为本船的安全速度矢量集SRVOA，则船舶碰撞风险图如图4所示，其由不安全速度矢量集RRVOA和安全速度矢量集SRVOA构成。其中，SRVOA-front指避碰成功后本船处在目标船前方的速度矢量集，SRVOA-rear指避碰成功后本船处在目标船后方的速度矢量集，SRVOA-divering指避碰成功后本船与目标船同向行驶的速度矢量集。
接着根据上述的船舶碰撞风险图识别船舶碰撞风险。当本船速度矢量位于RRVOA内时，当前速度属于危险速度；当本船速度矢量位于RRVOA外时，当前速度不属于危险速度；当前船舶根据当前速度行驶发生碰撞的风险GRI可以通过不安全速度矢量集RRVOA与可用速度矢量集VPA的面积比值表示，其具体为公式7：
Figure BDA0002557988840000061
S4、根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向，使得船舶驾驶人员在同一时刻可选有多种避碰操作的航速和航向选择，以在一定程度上有效降低船舶碰撞事故的发生概率。
此外，上述实施例还可在船舶发生碰撞事故后，根据船舶的实时信息分析船舶发生故障的原因。
本发明实施例提供了一种船舶避碰系统，包括：
获取模块，用于获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；
分析模块，用于根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
绘制模块，用于根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
计算模块，用于根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向。
本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
本发明实施例提供了一种船舶避碰系统，包括：
至少一个存储器，用于存储程序；
至少一个处理器，用于加载所述程序以执行所述的船舶避碰方法。
本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
此外，本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的船舶避碰方法。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种船舶避碰方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；
根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向；
其中，所述根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图，包括：
获取预设避碰规则；
根据所述预设避碰规则确定避碰责任系数；
根据所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息计算速度矢量关系；
根据所述避碰责任系数和所述速度矢量关系计算不安全速度矢量集；
确定可用速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集和所述可用速度矢量集确定当前船舶的安全速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集、所述可用速度矢量集和所述安全速度矢量集绘制所述船舶碰撞风险图。
2.根据权利要求1所述的一种船舶避碰方法，其特征在于，所述根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态，包括：
判断所述相对距离与预设距离值的大小关系；
当所述相对距离小于所述预设距离值，根据所述预设避碰规则以及所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息分析所述当前船舶的会遇状态。
3.根据权利要求1所述的一种船舶避碰方法，其特征在于，所述确定可用速度矢量集，包括：
获取所述当前船舶的最大转向幅度；
根据所述最大转向幅度确定可用速度矢量集。
4.根据权利要求1所述的一种船舶避碰方法，其特征在于，在同一会遇状态下，所述当前船舶的避碰责任系数与所述多个目标船舶的避碰责任系数之和为1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种船舶避碰方法，其特征在于，所述会遇状态包括交叉相遇、追越和对遇。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种船舶避碰方法，其特征在于，所述位置信息为墨卡托投影坐标，所述墨卡托投影坐标通过地理坐标转换得到。
7.一种船舶避碰系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取当前船舶与多个目标船舶的第一信息，所述第一信息包括速度信息、相对距离、位置信息和航向信息；
分析模块，用于根据所述第一信息分析所述当前船舶的会遇状态；
绘制模块，用于根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图；
计算模块，用于根据所述碰撞风险图确定所述当前船舶的多个安全航速和多个安全航向；其中，所述根据所述会遇状态绘制船舶碰撞风险图，包括：
获取预设避碰规则；
根据所述预设避碰规则确定避碰责任系数；
根据所述速度信息、所述位置信息和所述航向信息计算速度矢量关系；
根据所述避碰责任系数和所述速度矢量关系计算不安全速度矢量集；
确定可用速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集和所述可用速度矢量集确定当前船舶的安全速度矢量集；
根据所述不安全速度矢量集、所述可用速度矢量集和所述安全速度矢量集绘制所述船舶碰撞风险图。
8.一种船舶避碰系统，其特征在于，包括：
至少一个存储器，用于存储程序；
至少一个处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1-6任一项所述的船舶避碰方法。
9.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如权利要求1-6任一项所述的船舶避碰方法。
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