本發(fā)明涉及漁船預(yù)警，尤其涉及一種基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候變化和海洋環(huán)境的復(fù)雜化，傳統(tǒng)的漁業(yè)活動面臨著越來越多的不確定因素和潛在危險。海洋環(huán)境的動態(tài)變化，包括風(fēng)暴、海浪、洋流和海嘯等，自然災(zāi)害的頻發(fā)給漁船的航行和作業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的漁業(yè)報警系統(tǒng)通常依賴于靜態(tài)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)閾值，難以應(yīng)對快速變化和復(fù)雜的海洋環(huán)境，存在報警不及時、誤報和漏報等問題，影響了漁業(yè)作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

2、為了提高漁船作業(yè)的安全性和應(yīng)急響應(yīng)能力，亟需一種更加先進(jìn)、智能的漁船報警方法，并在預(yù)警危險區(qū)域的同時制定對應(yīng)的航行規(guī)避路線，保證漁船的安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法及系統(tǒng)，其重要目的在于提高漁船作業(yè)時的航行安全性。

2、為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明第一方面提供了一種基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法，包括：

3、獲取目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息，對所述目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

4、構(gòu)建目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型，根據(jù)所述實時海洋環(huán)境信息對當(dāng)前海域進(jìn)行海域環(huán)境模擬，結(jié)合所述目標(biāo)漁船航行信息進(jìn)行航行響應(yīng)分析，得到航行響應(yīng)分析信息；

5、根據(jù)所述航行響應(yīng)分析信息進(jìn)行航行危險評估，判斷目標(biāo)漁船當(dāng)前航行策略是否能夠安全通過目標(biāo)海域，若不能，則獲取目標(biāo)漁船的航行能力信息，分析目標(biāo)漁船是否擁有能夠安全通過當(dāng)前海域的航行能力；

6、當(dāng)目標(biāo)漁船的航行能力不能夠安全通過目標(biāo)海域時，則對當(dāng)前航行路線進(jìn)行調(diào)整，制定航行路線調(diào)整方案進(jìn)行危險規(guī)避。

7、本方案中，所述獲取目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息，對所述目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，具體包括：

8、基于航行監(jiān)測設(shè)備獲取目標(biāo)漁船航行信息，所述目標(biāo)漁船航行信息包括漁船實時位置信息、漁船航向信息、漁船航速信息、漁船涉水信息和漁船航線信息；

9、獲取實時海洋環(huán)境信息，所述實時海洋環(huán)境信息包括海浪信息、風(fēng)向風(fēng)速信息、水流速度信息和區(qū)域氣象信息；

10、對所述目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，分別計算目標(biāo)漁船航行數(shù)據(jù)流和實時海洋環(huán)境數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差；

11、將目標(biāo)漁船航行數(shù)據(jù)流和實時海洋環(huán)境數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍進(jìn)行判斷，不在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差定義為異常值，并將所述異常值剔除；

12、分析目標(biāo)漁船航行數(shù)據(jù)流和實時海洋環(huán)境數(shù)據(jù)流去除異常值后的數(shù)據(jù)點，對去除異常值后的數(shù)據(jù)點進(jìn)行差值補(bǔ)償，得到預(yù)處理信息。

13、本方案中，所述構(gòu)建目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型，根據(jù)所述實時海洋環(huán)境信息對當(dāng)前海域進(jìn)行海域環(huán)境模擬，結(jié)合所述目標(biāo)漁船航行信息進(jìn)行航行響應(yīng)分析，具體包括：

14、獲取目標(biāo)漁船構(gòu)造信息，基于數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合所述目標(biāo)漁船構(gòu)造信息構(gòu)建目標(biāo)漁船的數(shù)字孿生模型；

15、基于構(gòu)建的數(shù)字孿生模型構(gòu)建目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型，包括平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度，所述平動自由度為縱蕩、橫蕩和垂蕩，所述轉(zhuǎn)動自由度為橫搖、縱搖和艏搖；

16、采用皮爾遜-莫斯科維奇譜描述不規(guī)則波，結(jié)合線性波浪理論模擬波速在坐標(biāo)系x軸和z軸方向的速度分量，構(gòu)建海洋環(huán)境分析模型；

17、獲取實時海洋環(huán)境信息，根據(jù)所述實時海洋環(huán)境信息設(shè)定初始模擬參數(shù)和邊界條件，使用cfd軟件執(zhí)行數(shù)值模擬，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型進(jìn)行控制方程的離散化求解，得到海域環(huán)境模擬信息；

18、獲取目標(biāo)漁船航行信息，結(jié)合所述海域環(huán)境模擬信息輸入至所述目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型模擬目標(biāo)漁船在當(dāng)前海域條件下的航行響應(yīng)，得到航行響應(yīng)分析信息。

19、本方案中，所述根據(jù)所述航行響應(yīng)分析信息進(jìn)行航行危險評估，判斷目標(biāo)漁船當(dāng)前航行策略是否能夠安全通過目標(biāo)海域，若不能，則獲取目標(biāo)漁船的航行能力信息，分析目標(biāo)漁船是否擁有能夠安全通過當(dāng)前海域的航行能力，具體包括：

20、獲取航行響應(yīng)分析信息，根據(jù)所述航行響應(yīng)分析信息生成目標(biāo)漁船在當(dāng)前海域行駛時的航行模擬響應(yīng)圖；

21、根據(jù)所述航行模擬響應(yīng)圖提取目標(biāo)漁船在當(dāng)前海域行駛時的航行響應(yīng)特征，所述航行響應(yīng)特征包括航行角度變化特征和航行受力變化特征，得到航行響應(yīng)特征信息；

22、設(shè)定航行危險評估指標(biāo)，并對各評估指標(biāo)設(shè)定對應(yīng)的評估權(quán)重，構(gòu)建航行危險評估規(guī)則，結(jié)合所述航行響應(yīng)特征信息評估目標(biāo)漁船通行當(dāng)前海域的航行危險，得到航行危險評估信息；

23、根據(jù)所述航行危險評估信息判斷目標(biāo)漁船當(dāng)前航行控制參數(shù)是否能夠安全通過目標(biāo)海域，若不能，則獲取目標(biāo)漁船的航行能力信息，分析目標(biāo)漁船是否擁有能夠安全通過當(dāng)前海域的航行能力；

24、獲取海域環(huán)境模擬信息，根據(jù)所述目標(biāo)漁船的航行能力信息設(shè)定初始模擬參數(shù)，通過所述目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型模擬變更漁船航行控制參數(shù)下的航行響應(yīng)，并進(jìn)行航行危險評估；

25、預(yù)設(shè)模擬參數(shù)變化范圍以及單次變化程度，進(jìn)行迭代模擬直至模擬參數(shù)不能繼續(xù)變化或者航行危險評估信息為能夠安全通行，得到第一分析信息；

26、根據(jù)所述第一分析信息判斷變更漁船航行控制參數(shù)后目標(biāo)漁船是否能夠安全通過當(dāng)前海域，若判斷結(jié)果為能夠安全通過當(dāng)前海域，則提取對應(yīng)的航行模擬參數(shù)生成行駛方案進(jìn)行推薦；

27、若判斷結(jié)果為不能安全通過當(dāng)前海域，則代表目標(biāo)漁船的航行能力不能夠安全通過目標(biāo)海域，則生成預(yù)警信息進(jìn)行航行危險預(yù)警。

28、本方案中，所述設(shè)定航行危險評估指標(biāo)，并對各評估指標(biāo)設(shè)定對應(yīng)的評估權(quán)重，構(gòu)建航行危險評估規(guī)則，結(jié)合所述航行響應(yīng)特征信息評估目標(biāo)漁船通行當(dāng)前海域的航行危險，具體包括：

29、基于大數(shù)據(jù)檢索獲取各種航行危險評估實例，提取各航行危險評估實例中的航行危險評估指標(biāo)，計算各評估指標(biāo)與航行危險之間皮爾遜相關(guān)系數(shù)，構(gòu)成皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣；

30、預(yù)設(shè)皮爾遜相關(guān)系數(shù)閾值，對所述皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值處理，將小于閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行置零，根據(jù)進(jìn)行閾值處理后皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣選取航行危險評估指標(biāo)，得到航行危險評估指標(biāo)信息；

31、基于專家知識法根據(jù)航行危險評估指標(biāo)信息獲取各評估指標(biāo)的影響度評分，引入直覺模糊分析法對各評估指標(biāo)進(jìn)行主觀權(quán)重分配，根據(jù)影響度評分構(gòu)建直覺模糊評估矩陣；

32、根據(jù)所述直覺模糊評估矩陣計算各評估指標(biāo)的直覺模糊熵，通過直覺模糊熵計算各評估指標(biāo)的直覺模糊數(shù)，對各評估指標(biāo)進(jìn)行主觀權(quán)重分配，得到主觀權(quán)重信息；

33、基于熵權(quán)法進(jìn)行客觀權(quán)重分配，根據(jù)所述航行危險評估指標(biāo)信息構(gòu)建決策矩陣，對所述決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化獲取標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)化矩陣計算各評估指標(biāo)的信息熵和信息熵冗余度，進(jìn)行客觀權(quán)計算，得到客觀權(quán)重信息；

34、結(jié)合所述主觀權(quán)重信息和客觀權(quán)重信息構(gòu)建航行危險評估規(guī)則，基于所述航行響應(yīng)特征信息評估目標(biāo)漁船通行當(dāng)前海域的航行危險，得到航行危險評估信息。

35、本方案中，所述當(dāng)目標(biāo)漁船的航行能力不能夠安全通過目標(biāo)海域時，則對當(dāng)前航行路線進(jìn)行調(diào)整，制定航行路線調(diào)整方案進(jìn)行危險規(guī)避，具體包括：

36、獲取目標(biāo)漁船構(gòu)造信息，根據(jù)所述目標(biāo)漁船構(gòu)造信息定義柵格大小，利用gis技術(shù)構(gòu)建柵格環(huán)境地圖；

37、獲取目標(biāo)區(qū)域的矢量電子海圖，根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域的矢量電子海圖提取障礙物信息，在所述柵格環(huán)境地圖進(jìn)行自由空間標(biāo)記和非自由空間標(biāo)記；

38、根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域的矢量電子海圖提取區(qū)域水深數(shù)據(jù)，采用樣條函數(shù)插值法對未知柵格單元的水深進(jìn)行預(yù)測，構(gòu)建三次樣條函數(shù)，并預(yù)設(shè)邊界條件；

39、獲取未知柵格單元的坐標(biāo)，根據(jù)未知柵格單元的坐標(biāo)獲取鄰居?xùn)鸥駟卧乃顢?shù)據(jù)，構(gòu)成未知柵格單元的插值區(qū)間，并建立所述插值區(qū)間的樣條方程；

40、對所述插值區(qū)間的樣條方程進(jìn)行求解獲取樣條系數(shù)并構(gòu)成目標(biāo)插值區(qū)間對應(yīng)的樣條函數(shù)，預(yù)測未知柵格單元的水深，并對所述柵格環(huán)境地圖進(jìn)行標(biāo)記，得到標(biāo)記后柵格環(huán)境地圖；

41、根據(jù)目標(biāo)漁船的實時位置設(shè)定航行路線變更起點，通過原始航線和漁船轉(zhuǎn)向能力設(shè)定限制條件，基于環(huán)境監(jiān)測設(shè)備對應(yīng)的探測范圍標(biāo)記駛離區(qū)域，采用蟻群算法進(jìn)行路徑尋優(yōu)；

42、預(yù)設(shè)蟻群初始信息素，將自由空間中的各柵格單元作為節(jié)點，計算各節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率獲取規(guī)避路徑，通過設(shè)定的限制條件對規(guī)避路徑進(jìn)行懲罰，并進(jìn)行迭代優(yōu)化得到候選規(guī)避路徑信息；

43、根據(jù)所述候選規(guī)避路徑信息提取各路徑行駛的柵格單元的水深數(shù)據(jù)，基于目標(biāo)漁船的實時涉水深度構(gòu)建涉水危險評估規(guī)則，對各候選規(guī)避路徑進(jìn)行評估，根據(jù)評估結(jié)果選取最優(yōu)規(guī)避路徑生成航行路線調(diào)整方案進(jìn)行危險規(guī)避，并對駛離區(qū)域進(jìn)行實時監(jiān)測和危險評估；

44、若目標(biāo)漁船在進(jìn)行危險規(guī)避的過程中，通過實時監(jiān)測和危險評估判斷駛離區(qū)域符合通行條件，則對預(yù)設(shè)的規(guī)避路徑進(jìn)行實時調(diào)整。

45、本發(fā)明第二方面提供了一種基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：存儲器、處理器，所述存儲器中包含基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法程序，所述基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如下步驟：

46、獲取目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息，對所述目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

47、構(gòu)建目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型，根據(jù)所述實時海洋環(huán)境信息對當(dāng)前海域進(jìn)行海域環(huán)境模擬，結(jié)合所述目標(biāo)漁船航行信息進(jìn)行航行響應(yīng)分析，得到航行響應(yīng)分析信息；

48、根據(jù)所述航行響應(yīng)分析信息進(jìn)行航行危險評估，判斷目標(biāo)漁船當(dāng)前航行策略是否能夠安全通過目標(biāo)海域，若不能，則獲取目標(biāo)漁船的航行能力信息，分析目標(biāo)漁船是否擁有能夠安全通過當(dāng)前海域的航行能力；

49、當(dāng)目標(biāo)漁船的航行能力不能夠安全通過目標(biāo)海域時，則對當(dāng)前航行路線進(jìn)行調(diào)整，制定航行路線調(diào)整方案進(jìn)行危險規(guī)避。

50、本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)海洋環(huán)境模擬的漁船報警方法及系統(tǒng)，包括：獲取目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息，對目標(biāo)漁船航行信息和實時海洋環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；構(gòu)建目標(biāo)漁船的六自由度運動學(xué)模型，根據(jù)實時海洋環(huán)境信息對當(dāng)前海域進(jìn)行海域環(huán)境模擬，結(jié)合目標(biāo)漁船航行信息進(jìn)行航行響應(yīng)分析；進(jìn)行航行危險評估，判斷目標(biāo)漁船當(dāng)前航行策略是否能夠安全通過目標(biāo)海域，若不能，則獲取目標(biāo)漁船的航行能力信息，分析目標(biāo)漁船是否擁有能夠安全通過當(dāng)前海域的航行能力；當(dāng)目標(biāo)漁船的航行能力不能夠安全通過目標(biāo)海域時，則對當(dāng)前航行路線進(jìn)行調(diào)整，制定航行路線調(diào)整方案進(jìn)行危險規(guī)避，提高漁業(yè)作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。