本發(fā)明屬于碰撞預警，具體涉及一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)。

背景技術：

1、近年來，隨著海上交通運輸業(yè)的繁榮發(fā)展，船舶種類、數(shù)量和噸位增加，航道內(nèi)船舶通航密度越來越大，航行環(huán)境更加復雜多變，導致海上船舶碰撞事故頻發(fā)。船舶碰撞事故不僅會導致嚴重的人員傷亡與經(jīng)濟損失，還可能造成嚴重的海洋環(huán)境污染，成為船舶航行安全的重大隱患之一。因此，對船舶碰撞事故預警，預防和避免海上碰撞事故的發(fā)生已成為海上船舶航行風險研究的重點。

2、當前國際海事組織已經(jīng)為海上航行船舶制定了國際避碰規(guī)則，旨在規(guī)范船舶航行方式和規(guī)則，降低船舶碰撞事故的發(fā)生概率。然而，對于船舶海上航行的緊急會遇情況，僅依靠人工操作難以避免碰撞的發(fā)生。船舶智能避碰旨在在預知碰撞風險的前提下，為船舶提供實時、合理和最優(yōu)的避碰方案，從而有效地解決碰撞問題。目前大量路徑規(guī)劃研究采用隨機生成障礙物的方式模擬真實環(huán)境，這種方式與真實環(huán)境地形信息差異較大且容易忽略船舶自身大小的影響，難以保證模型在真實場景的性能。此外，船舶在航行過程中不可避免出現(xiàn)船舶會遇、未知障礙物等突發(fā)情況，部分研究通常不刻意區(qū)分這種情況，導致方法在處理這種情況時無法保證安全性。同時，傳統(tǒng)基于強化學習的路徑規(guī)劃算法在路徑規(guī)劃過程中涉及大量存儲和計算導致路徑規(guī)劃時間長、事故率高，傳統(tǒng)啟發(fā)式搜索算法搜索過程中需要大量空間存儲導致無法處理實時避碰。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，通過對本船和探測范圍內(nèi)障礙物的信息進行采集，確定兩船的碰撞風險區(qū)，對于可能發(fā)生碰撞的障礙物提前進行未來路徑預測以及碰撞等級計算，通過將其未來路徑作為避障點，進行本船避障路徑的規(guī)劃，能夠更大程度上避免事故的發(fā)生。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，包括：探測系統(tǒng)、預測系統(tǒng)、分析系統(tǒng)以及預警系統(tǒng)；

3、所述探測系統(tǒng)用于基于船舶行駛信息獲得碰撞風險區(qū)；

4、所述預測系統(tǒng)用于預測所述碰撞風險區(qū)的障礙物的未來路徑；

5、所述分析系統(tǒng)用于基于所述未來路徑進行風險等級計算，并對船舶的未來路徑進行規(guī)劃，得到避障路徑；

6、所述預警系統(tǒng)用于基于所述風險等級進行碰撞預警。

7、進一步優(yōu)選地，所述探測系統(tǒng)包括：第一劃分模塊和第二劃分模塊；

8、所述第一劃分模塊用于采集所述船舶行駛信息，基于所述船舶行駛信息劃分探測區(qū)域；

9、所述第二劃分模塊用于采集所述探測區(qū)域內(nèi)的障礙物信息，基于所述障礙物信息與所述船舶行駛信息劃分碰撞風險區(qū)。

10、進一步優(yōu)選地，所述第二劃分模塊劃分所述碰撞風險區(qū)的方法包括：

11、

12、式中，p表示舷角；dcpa表示會遇最短距離；d表示相距距離；k表示船速比。

13、進一步優(yōu)選地，所述預測系統(tǒng)包括：預測數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及路徑預測模塊；

14、所述預測數(shù)據(jù)模塊用于獲取障礙物的ais軌跡數(shù)據(jù)；

15、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對所述ais軌跡數(shù)據(jù)進行預處理，得到路徑預測數(shù)據(jù)；

16、所述路徑預測模塊用于基于所述路徑預測數(shù)據(jù)對障礙物進行估計預測，得到所述未來路徑。

17、進一步優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊進行預處理的方法包括：軌跡數(shù)據(jù)提取、缺失值補全以及歸一化處理。

18、進一步優(yōu)選地，所述分析系統(tǒng)包括：第一碰撞風險計算模塊、第二碰撞風險計算模塊以及判斷模塊；

19、所述第一碰撞風險計算模塊用于計算在行駛過程中，船舶與障礙物空間層面上碰撞的第一概率；

20、所述第二碰撞風險計算模塊用于計算在行駛過程中，船舶與障礙物在時間層面上碰撞的第二概率；

21、所述判斷模塊用于基于所述第一概率與所述第二概率判斷船舶與障礙物碰撞事件是否會發(fā)生；

22、所述路徑規(guī)劃模塊用于對船舶的未來路徑進行規(guī)劃，得到所述避障路徑。

23、進一步優(yōu)選地，所述第一概率的計算方法包括：

24、

25、式中，p1表示第一概率；d1、d2分別表示安全會遇距離和安全通過距離；dcpa表示會遇最短距離。

26、進一步優(yōu)選地，所述第二概率的計算方法包括：

27、

28、式中，p2表示第二概率；t1、t2分別表示最晚施舵時間和相對距離為12n?mile時船舶航向時間；tcpa表示最短會遇時間。

29、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

30、本發(fā)明通過對本船和探測范圍內(nèi)障礙物的信息進行采集，確定兩船的碰撞風險區(qū)，對于可能發(fā)生碰撞的障礙物提前進行未來路徑預測以及碰撞等級計算，通過將其未來路徑作為避障點，進行本船避障路徑的規(guī)劃，同時，對于現(xiàn)有的避障路徑規(guī)劃方法進行優(yōu)化改進，得到避障路徑。能夠更大程度上對靜態(tài)或者動態(tài)障礙物進行靈活避障，避免事故的發(fā)生。

技術特征：

1.一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，包括：探測系統(tǒng)、預測系統(tǒng)、分析系統(tǒng)以及預警系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述探測系統(tǒng)包括：第一劃分模塊和第二劃分模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述第二劃分模塊劃分所述碰撞風險區(qū)的方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述預測系統(tǒng)包括：預測數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及路徑預測模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊進行預處理的方法包括：軌跡數(shù)據(jù)提取、缺失值補全以及歸一化處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)包括：第一碰撞風險計算模塊、第二碰撞風險計算模塊、判斷模塊以及路徑規(guī)劃模塊；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述第一概率的計算方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，其特征在于，所述第二概率的計算方法包括：

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多源數(shù)據(jù)的船舶碰撞預警系統(tǒng)，屬于碰撞預警技術領域。系統(tǒng)包括：探測系統(tǒng)、預測系統(tǒng)、分析系統(tǒng)以及預警系統(tǒng)；探測系統(tǒng)用于基于船舶行駛信息獲得碰撞風險區(qū)；預測系統(tǒng)用于預測所述碰撞風險區(qū)的障礙物的未來路徑；分析系統(tǒng)用于基于未來路徑進行風險等級計算，并對船舶的未來路徑進行規(guī)劃，得到避障路徑；預警系統(tǒng)用于基于風險等級進行碰撞預警。本發(fā)明對于可能發(fā)生碰撞的障礙物提前進行未來路徑預測以及碰撞等級計算，通過將其未來路徑作為避障點，進行本船避障路徑的規(guī)劃，同時，對于現(xiàn)有的避障路徑規(guī)劃方法進行優(yōu)化改進，得到避障路徑。能夠更大程度上對靜態(tài)或者動態(tài)障礙物進行靈活避障，避免事故的發(fā)生。

技術研發(fā)人員：胡宴才,李馨怡,丁勝達,趙子俊
受保護的技術使用者：山東交通學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23