CN113277032B - 基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、装置、系统和介质 - Google Patents

基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、装置、系统和介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、装置、系统和介质。该方法通过采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，并根据船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深，再通过采集所述目标船舶在所述当前水域的实时水深数据确定目标水域是否为搁浅水域并相应生成搁浅预警信息。通过使用本发明中的方法，能够使搁浅水域的判断结果更加接近实际情况，从而降低了船舶搁浅的风险。本发明可广泛应用于船舶航运技术领域内。

Description

基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、装置、系统和介质
技术领域
本发明涉及船舶航运技术领域，尤其是一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、系统和介质。
背景技术
随着船舶数量、船舶吃水的不断增加，内河航道、港池等变得十分拥挤，虽然船舶向着现代化、智能化不断的发展，但是船舶搁浅事故依然时有发生，尤其是吃水过大船舶的搁浅事故，对人员生命安全、交通环境、生态环境的危害会很大。
目前对于搁浅预警系统的研究，大多采用故障树和事件树分析，还有通过高斯模型来确定船舶搁浅风险的度量值。然而目前对于船舶搁浅情况的分析方式未能根据目标船舶本身的数据进行搁浅分析，导致分析过程具有一定的模糊性，分析结果不一定符合实际船舶的情况，从而也就无法为驾驶人员提供有效的航行参考数据。
发明内容
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明实施例的目的在于提供一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法、装置、系统和介质，其能够通过实时采集航行时的各项参数，判断目标水域是否为搁浅水域并及时生成预警信息，从而降低了船舶搁浅的风险。
为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，包括以下步骤：
采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，所述船舶搁浅参数包括所述目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深；
根据所述船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；
采集所述目标船舶在所述当前水域的实时水深数据；
当所述实时水深小于所述最小安全水深，确定所述目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息。
进一步地，所述生成船舶搁浅危险预警这一步骤，其具体包括：
获取所述搁浅水域的环境参数；
根据获取的所述环境参数，确定实时情景难度系数、船舶与所述搁浅水域的最近距离以及船舶到达所述搁浅水域的时间；
根据所述船舶与所述搁浅水域的最近距离、所述船舶到达所述搁浅水域的时间和部分所述环境参数，确定应急操纵效果；
根据所述实时情景难度系数和所述应急操纵效果，确定整体仿真评价结果；
当所述船舶到达所述搁浅水域的时间小于所述预先设定的最短规避时间，则生成所述船舶搁浅危险预警。
进一步地，所述生成船舶搁浅危险预警这一步骤，还包括：
根据所述船舶与所述搁浅水域的最近距离，判断所述目标船舶是否会进入所述搁浅水域。
进一步地，所述生成船舶搁浅危险预警这一步骤，还包括：
根据所述整体仿真评价结果，给出应急建议。
进一步地，所述环境参数包括风速、流速和船舶距离所述搁浅水域中心的距离；所述确定实时情景难度系数，其具体为：
根据所述环境参数包括风速、流速和船舶距离所述搁浅水域中心的距离确定实时情景难度系数。
进一步地，所述环境参数还包括搁浅水域半径和应急行动后船舶搁浅的角度；所述确定船舶与所述搁浅水域的最近距离，其具体为：
根据所述船舶距离所述搁浅水域中心的距离、搁浅水域半径和应急行动后船舶搁浅的角度确定船舶与所述搁浅水域的最近距离。
进一步地，所述船舶搁浅参数还包括船舶当前航速；所述确定船舶到达所述搁浅水域的时间，其具体为：
根据所述船舶距离所述搁浅水域中心的距离、应急行动后船舶搁浅的角度、搁浅水域半径、船舶与所述搁浅水域的最近距离、最小安全水深和船舶当前航速确定船舶到达所述搁浅水域的时间。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警系统，包括：
船舶搁浅参数采集模块，用于采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，所述船舶搁浅参数包括所述目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深；
最小安全水深测定模块，用于根据所述船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；
实时水深采集模块，用于采集所述目标船舶在所述当前水域的实时水深数据；
搁浅预警信息生成模块，用于当所述实时水深大于所述最小安全水深，判断所述目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息。
第三方面，本发明实施例提供了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现第一方面实施例提供的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。
第四方面，本发明实施例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第一方面实施例提供的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。
本发明实施例通过采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，并根据船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；再通过采集的目标船舶在当前水域的实时水深数据与最小安全水深之间的大小关系确定目标水域是否为搁浅水域并相应生成搁浅预警信息。通过这种方法，本发明能够结合船舶本身的数据判断目标水域是否为搁浅水域并及时生成预警信息，使搁浅水域的判断结果更加接近实际情况，从而降低了船舶搁浅的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1为本发明一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法具体实施例的流程示意图；
图2为本发明一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法具体实施例的实时水深判定流程图；
图3为本发明一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法具体实施例的船舶搁浅危险的预警流程图；
图4为本发明一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警系统具体实施例的结构示意图；
图5为本发明一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警装置具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。
参照图1，本发明实施例提供了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。本方案可应用于服务器、各类船舶预警平台的后台处理器或者船舶终端的控制器。
本实施例以应用于各类船舶预警平台的后台处理器为例，其包括以下步骤：
步骤101、采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数。目标船舶为当前需要判断是否存在搁浅风险的船舶。船舶搁浅参数包括目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深。其中，船舶吃水值指船舶浸在水里的深度，即水线面与船底基平面之间的垂直距离；船体下沉值指船舶在浅水区低速航行时船体的下沉量；龙骨下最小富余水深指船舶不会搁浅的最小水深；波浪富裕水深指当船舶在浅水区域航行时，水面波浪造成船体纵横倾的富裕水深；纵倾富裕水深指当船舶在浅水区域低速航行引发纵倾时的富裕水深。
步骤102、根据船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深。其中，蒙特卡罗法也称统计模拟法、统计试验法，是把概率现象作为研究对象的数值模拟方法，是按抽样调查法求取统计值来推定未知特性量的计算方法。目标水域是指包含目标船舶航道的水域的集合。而当前水域是指以目标船舶为中心，预设距离为半径的水域。其中，预设距离可以根据实际情况调整，例如1km、1.5km、2km等。
步骤103、采集目标船舶在当前水域的实时水深数据。实时水深数据可采用电子海图实时采集。电子海图是指各种数字式海图及其应用系统的集合。
步骤104、当实时水深小于最小安全水深，确定目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息。
本实施例通过采集目标船舶在目标水域航行时的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深等参数，利用采集到的这些参数通过蒙特卡洛仿真的方式确定当前水域的最小安全水深D。然后电子海图或其他方式确定目标水域的实时水深D'，通过比较最小安全水深以及实时水深确定目标水域是否为搁浅水域，若是，则生成搁浅预警信息。
具体地，如图2所示，本实施例工作时首先需要采集船体下沉值D2、龙骨下最小富裕水深D3、波浪富裕水深D4和纵倾富裕水深D5来确定富裕水深。然后通过AIS信息采集系统实时采集船舶吃水值D1。根据船舶吃水值D1和富裕水深通过蒙特卡洛仿真方法进行仿真运算以得到最小安全水深D。同时，通过电子海图等方法确定目标水域的实时水深值D'。将最小安全水深D与实时水深D'进行比较，确定目标水域是否为船舶搁浅水域。具体地，最小安全水深D为船舶吃水值D1、船体下沉值D2、龙骨下最小富裕水深D3、波浪富裕水深D4和纵倾富裕水深D5的和，即D＝D1+D2+D3+D4+D5。最小安全水深D与实时水深D'的比较过程为：当D＞D'时，则说明目标水域为搁浅水域；当D<D'时，则说明目标水域不是搁浅水域，并继续搜索区域的实时水深值D'。在确定目标水域为搁浅水域后，会根据实际情况生成预警信号。
具体地，如图3所示，当确定目标水域为搁浅水域后，则获取搁浅水域的环境参数和船舶搁浅参数，其中，环境参数包括风速Vw、流速Vt、船舶距离搁浅水域中心的距离T、搁浅水域半径R、应急行动后船舶搁浅的角度α；船舶搁浅参数包括船舶当前航速V。首先通过应急行动后船舶搁浅的角度α、船舶距离搁浅水域中心的距离以及搁浅水域半径算出船舶与搁浅水域的最近距离S为：
S＝T×sinα-R
根据船舶与搁浅水域的最近距离，可以判断目标船舶是否会进入搁浅水域。只要当最近距离S大于0则不会进入搁浅水域，但如果S小于0，则需要通过船舶距离搁浅水域中心的距离T、搁浅水域半径R、应急行动后船舶搁浅的角度α和船舶当前航速V以及最小安全水深D确定船舶到达搁浅水域的时间t为：
Figure BDA0003015536970000051
当确定的时间t小于等于预先设定的最小规避时间时，则生成预警信息进行报警。例如，最小规避时间设定为3min时，则确定时间t小于等于3min时，生成预警信息。在生成预警信息后，可通过文字、声音等方式将该预警信息发送给相关船员，以便于相关船员及时进行对应操作。
在一些实施例中，在步骤生成船舶搁浅危险预警中，还包括以下过程：根据整体仿真评价结果，给出应急建议。首先，通过风速Vw、流速Vt以及船舶距离搁浅水域中心的距离T得出设定情景的难度系数Hardness为
Figure BDA0003015536970000061
接着，确定应急操纵的评价效果Anticollision为：
Figure BDA0003015536970000062
其中，应急行动后船舶搁浅的船舶位置RL，为0到1的实数，表示以船尾为原点，向船首延伸的归一化后长度；
最后确定应急行动效果的整体仿真评价结果Emergency：
Emergency＝Hardness×Anticollision。
例如，应急建议的具体给出方式可以采用下面方式：
当0≤Emergency＜0.4时，给出改进方案“船舶应急避让搁浅区域效果较差，船舶应尽量减少搁浅时的速度和角度，同时应尽量避免船尾搁浅”；
当0.4≤Emergency＜0.8时，给出改进方案“船舶应急避让搁浅区域效果较好，但仍应减少搁浅时的速度和角度，同时尽量避免船首搁浅”；
当Emergency≥0.8时，给出改进方案“船舶应急避让搁浅区域效果很好”。
参照图4，本发明实施例提出的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警系统，其中包括：
船舶搁浅参数采集模块201，用于采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，船舶搁浅参数包括目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深；
最小安全水深测定模块202，用于根据船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；
实时水深采集模块203，用于采集目标船舶在当前水域的实时水深数据；
搁浅预警信息生成模块204，用于当实时水深大于最小安全水深，判断目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，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实施例所达到的有益效果也相同。
参照图5，本发明实施例提供了一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警装置，包括：
至少一个处理器301；
至少一个存储器302，用于存储至少一个程序；
当至少一个程序被至少一个处理器301执行时，使得至少一个处理器301实现第一方面实施例提供的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。
上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置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实施例所达到的有益效果也相同。
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第一方面实施例提供的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能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所述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。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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)

1.一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，所述船舶搁浅参数包括所述目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深；
根据所述船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；
采集所述目标船舶在所述当前水域的实时水深数据；
当所述实时水深小于所述最小安全水深，确定所述目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息，
所述生成船舶搁浅危险预警信息这一步骤，其具体包括：
获取所述搁浅水域的环境参数；
根据获取的所述环境参数，确定实时情景难度系数、船舶与所述搁浅水域的最近距离以及船舶到达所述搁浅水域的时间；
根据所述船舶与所述搁浅水域的最近距离、所述船舶到达所述搁浅水域的时间和所述环境参数，确定应急操纵效果；
根据所述实时情景难度系数和所述应急操纵效果，确定整体仿真评价结果；
当所述船舶到达所述搁浅水域的时间小于预先设定的最短规避时间，则生成所述船舶搁浅危险预警。
2.根据权利要求1所述的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，所述生成船舶搁浅危险预警这一步骤，还包括：
根据所述船舶与所述搁浅水域的最近距离，判断所述目标船舶是否会进入所述搁浅水域。
3.根据权利要求1所述的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，所述生成船舶搁浅危险预警这一步骤，还包括：
根据所述整体仿真评价结果，给出应急建议。
4.根据权利要求1所述的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，所述环境参数包括风速、流速和船舶距离所述搁浅水域中心的距离；所述确定实时情景难度系数，其具体为：
根据所述环境参数包括风速、流速和船舶距离所述搁浅水域中心的距离确定实时情景难度系数。
5.根据权利要求4所述的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，所述环境参数还包括搁浅水域半径和应急行动后船舶搁浅的角度；所述确定船舶与所述搁浅水域的最近距离，其具体为：
根据所述船舶距离所述搁浅水域中心的距离、搁浅水域半径和应急行动后船舶搁浅的角度确定船舶与所述搁浅水域的最近距离。
6.根据权利要求5所述的一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，所述船舶搁浅参数还包括船舶当前航速；所述确定船舶到达所述搁浅水域的时间，其具体为：
根据所述船舶距离所述搁浅水域中心的距离、应急行动后船舶搁浅的角度、搁浅水域半径、船舶与所述搁浅水域的最近距离、最小安全水深和船舶当前航速确定船舶到达所述搁浅水域的时间。
7.一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警系统，用于执行如权利要求1至6中任一项所述的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法，其特征在于，包括：
船舶搁浅参数采集模块，用于采集目标船舶在目标水域航行时的船舶搁浅参数，所述船舶搁浅参数包括所述目标船舶的船舶吃水值、船体下沉值、龙骨下最小富裕水深、波浪富裕水深和纵倾富裕水深；
最小安全水深测定模块，用于根据所述船舶搁浅参数采用蒙特卡洛仿真方式确定当前水域的最小安全水深；
实时水深采集模块，用于采集所述目标船舶在所述当前水域的实时水深数据；
搁浅预警信息生成模块，用于当所述实时水深大于所述最小安全水深，确定所述目标水域为搁浅水域并生成搁浅预警信息。
8.一种基于船舶下沉量的船舶搁浅预警装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-6中任一项所述的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。
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中任一项所述的基于船舶下沉量的船舶搁浅预警方法。
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