專利名稱：一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型及船舶避碰方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型及應(yīng)用該模型的船舶避碰方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著全球經(jīng)濟貿(mào)易飛快發(fā)展、全球海運船隊規(guī)模不斷擴大，船舶碰撞事故發(fā)生率也隨之增加。因此，確定船舶安全航行領(lǐng)域為進行海上交通模擬以及研究船舶碰撞危險的重要一環(huán)。20世紀六七十年代，日本的加藤[I]提出船舶航行安全領(lǐng)域的概念至今，研究者提出了各種不同形狀、大小的船舶航行安全領(lǐng)域模型，如:文獻[2]提出的“橫截面積”模型是由前后兩個半橢圓拼合而成，由船舶操縱參數(shù)和航行速度等決定；文獻[3] [4]提出了一種復(fù)雜的六邊形船舶領(lǐng)域模型，用船速和船舶回旋參數(shù)確定各邊尺寸，該模型使得避碰情況下的船舶便于采用進化算法對其航跡進行優(yōu)化，但其復(fù)雜程度較高，物理意思較含糊，不便于理解和實際應(yīng)用；[5]結(jié)合船舶轉(zhuǎn)向性能等因素給出幾種情況下船舶領(lǐng)域邊界的量化方法，船舶的操縱性能在該方法中得到體現(xiàn)，但模型尺寸與影響因素之間的函數(shù)關(guān)系是人為給定的一種粗略的估算公式。綜上可知，雖然現(xiàn)代船舶領(lǐng)域有著廣泛的研究并且在船舶航行危險評估、船舶避碰、模擬航運交通、確定最佳航跡方面有著主要的作用。但是，始終無法形成一個統(tǒng)一的模型，造成上述問題的主要原因有:(1)不同的航行環(huán)境的因素導(dǎo)致產(chǎn)生不同形狀、大小的模型；(2)大多數(shù)的模型都按照統(tǒng)計數(shù)據(jù)或模擬實驗的方法形成；(3)現(xiàn)有的模型都易于理解，但卻很難被應(yīng)用到實際中去。參考文獻如下:[I]Y.EujiiandK.Tanaka.Trafficcapacity[J].JournalofNavigation, 1971, 24:543-552.
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發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題的提出，本發(fā)明提出了一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征在于:該模型由參數(shù)Q和k決定，參數(shù)Q由四個方向半徑?jīng)Q定，方向半徑分為:Rfore (r)，Raft (r)，RstarbW, Rport(r);其中，Rf_(r)，Raft(r)分別為四元船舶領(lǐng)域縱向半徑(Rlm)的前、后半徑；RstarbW, Rport(r)分別為四元船舶領(lǐng)域橫向半徑(Rlat)的左、右半徑；隨著r值的不同，模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型的邊界為多個由這四個方向半徑所圍成的封閉曲線組合而成，其函數(shù)表達如下:FQSDkCr) = {(x, y) |fk(x, y;Q(r))彡 1，k 彡 1}其中
權(quán)利要求
1.一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征在于:該模型由參數(shù)Q和k決定，參數(shù)Q由四個方向半徑?jīng)Q定，方向半徑分為:RfOTe; (r)，Raft (r)，Rstarb (r)，Rport (r);其中，RforeW, Raft(r)分別為四元船舶領(lǐng)域縱向半徑(Rlm)的前、后半徑；Rstarb(r)，RpOTt(r)分別為四元船舶領(lǐng)域橫向半徑(Rlat)的左、右半徑； r為模糊化實際距離的參數(shù)，隨著r值的不同，模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型的邊界為多個由這四個方向半徑所圍成的封閉曲線組合而成，其函數(shù)表達如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征還在于:所述四元船舶安全領(lǐng)域模型的邊界的形狀由參數(shù)k決定，隨著k值不同，邊界形狀也不同，k=l、2….N,當(dāng)k=l時邊界為多邊形；k=2時,邊界為橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征還在于:多邊形邊界的模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型的函數(shù)表達式如下: 2xIyf (χ V' O(r))=--l.-q(1+ sgn x)R,l:Jr) - (1- sgn x)R^,{r) (I + sgn ν)^；!, ν (r) - (1- sgn y)R,mi{r) J當(dāng)k=l時，模糊四元船舶領(lǐng)域模型為4個由參數(shù)Q(r)中每兩個方向半徑所確定的三角形組合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征還在于:橢圓四元船舶領(lǐng)域模型可定義為下式:
5.一種船舶避碰方法，具有如下步驟: 一獲取至少包含本船船長L，運動距離和回轉(zhuǎn)半徑Ad，Dt以及本船船速V_的船舶航行參數(shù)，計算得到四個方向半徑Rf_、Raft> Rstarb和Rpt5rt ； 一將所述Rf_、Raft、Rstob和Rpt5rt帶入四元船舶模型中，得到船舶安全領(lǐng)域區(qū)域，所述的模型表達式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種船舶避碰方法，其特征還在于:所述Q的計算有下式得出:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種船舶避碰方法，其特征還在于:所述建立避碰幾何模型包括如下方法: 運用不對稱高斯函數(shù)定義縱向和橫向碰撞危險模型，其表達式分別為:
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種船舶避碰方法，其特征還在于:所述模糊四船舶安全領(lǐng)域模型的邊界的形狀為多邊形，即k=2函數(shù)表達式如下:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型，其特征在于該模型由參數(shù)Q和k決定，參數(shù)Q由四個方向半徑?jīng)Q定，方向半徑分為Rfore(r),Raft(r),Rstarb(r),Rport(r)；其中，Rfore(r),Raft(r)分別為四元船舶領(lǐng)域縱向半徑(Rlon)的前、后半徑；Rstarb(r),Rport(r)分別為四元船舶領(lǐng)域橫向半徑(Rlat)的左、右半徑；r為模糊化實際距離的參數(shù)，隨著r值的不同，模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型的邊界為多個由這四個方向半徑所圍成的封閉曲線組合而成，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種模糊四元船舶安全領(lǐng)域模型和船舶避碰方法，形成了一個統(tǒng)一的安全領(lǐng)域框架，可以直觀得到一個確定的船舶安全區(qū)域，結(jié)合避碰幾何模型，可以有效提前警示相關(guān)船舶展開避碰動作，有效的保證了海上航行的安全性。
文檔編號G08G3/02GK103204223SQ20131013007
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者王寧, 劉剛健, 董諾, 汪旭明, 孟凡超, 孫樹蕾 申請人:大連海事大學(xué)