br>[0093]
[0097] 其中，山表示兩船安全駛過的最小距離，d2表示安全會遇范圍，r1表示船舶碰撞距 離；r2表示船舶注意距離，ti表示船舶碰撞時(shí)間，12表示船舶注意時(shí)間，C為碰角，W為常數(shù)， 本系統(tǒng)取2.0。
[0098] 7.避讓決策算法模塊
[0099]首先確定避讓行動時(shí)機(jī)，是采用碰撞危險(xiǎn)度理論的方法，即設(shè)定的危險(xiǎn)度閾值。若 碰撞危險(xiǎn)度CRI大于該值則開始避讓；然后根據(jù)當(dāng)前會遇態(tài)勢判斷避讓方式，確定本船是 直航船還是避讓船，以及向左還是向右避讓；最后確定轉(zhuǎn)向避讓幅度，采用增步長法求取轉(zhuǎn) 向角度，逐步增加到滿足|DCPA' |彡SDA'，此時(shí)即為轉(zhuǎn)向幅度大小，考慮實(shí)際情 況中船舶轉(zhuǎn)向會有一定延遲，而采取避讓行動應(yīng)該"及早地"，為使結(jié)果更安全、合理，可以 對DCPA計(jì)算式中的距離D進(jìn)行適當(dāng)減小。
[0100] 8.目標(biāo)態(tài)勢監(jiān)測模塊
[0101] 以本船為直角坐標(biāo)系中心原點(diǎn)，實(shí)時(shí)繪制并顯示本船周圍8海里范圍內(nèi)的監(jiān)測目 標(biāo)位置、航向信息和航跡，并通過不同顏色繪制目標(biāo)能直觀反映不同碰撞危險(xiǎn)程度狀態(tài)，本 系統(tǒng)是通過紅色表示碰撞危險(xiǎn)度較高（CRI多0.5)建議馬上避讓，黃色表示有潛在碰撞危 險(xiǎn)（0 <CRI< 0. 5)應(yīng)關(guān)注目標(biāo)，綠色表示沒有危險(xiǎn)（CRI= 0,兩船不相遇或是已經(jīng)經(jīng)過最 近會遇點(diǎn)）。
[0102] 9.信息查詢模塊
[0103] 包括對本船和目標(biāo)船舶動態(tài)、靜態(tài)信息的查詢，以及隨時(shí)查詢其他歷史數(shù)據(jù)，尤其 是發(fā)生事故之后，這樣可以了解事故原因，例如是監(jiān)測不到位還是監(jiān)測報(bào)警后人員操作不 到位。這樣可以對追究事故責(zé)任，也能對分析每次操作是否正確有效提供證據(jù)。
[0104] 10.碰撞預(yù)警模塊
[0105] 將碰撞危險(xiǎn)程度劃分為多個(gè)預(yù)警級別，根據(jù)智能分析得到的碰撞危險(xiǎn)度和制定好 的閾值范圍，用不同顏色顯示會遇船舶的不同危險(xiǎn)類型，對駕駛員進(jìn)行預(yù)警提示，在會遇危 險(xiǎn)度很高時(shí)，用聲音進(jìn)行報(bào)警。
[0106]11.系統(tǒng)配置模塊。
[0107]船舶信息配置，主要是船名、船舶下水時(shí)間等靜態(tài)基本信息；報(bào)警與預(yù)警閾值配 置，就是根據(jù)實(shí)際需求（如貨物的不同）設(shè)置所需的警戒值；算法參數(shù)配置，可以根據(jù)實(shí)際 航行環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0108] 進(jìn)一步地，基于航跡融合與航跡預(yù)測的嵌入式船舶避碰輔助決策系統(tǒng)在以嵌入式 系統(tǒng)Linux、界面開發(fā)工具QT、數(shù)據(jù)庫SQLite3為軟件開發(fā)平臺，以S3C6410芯片為處理器 的ARM板作為硬件開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)裝置。該裝置包括嵌入式平臺、AIS模塊、雷達(dá)模塊、 GPRS通信模塊和觸摸屏，嵌入式平臺與雷達(dá)信息模塊、AIS信息模塊、GPRS通信模塊、觸摸 屏相連接，并且該裝置通過GPRS通信模塊接入Internet，從而與監(jiān)控中心通信。
[0109] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征在于，包括以下步 驟： 51、 獲取船舶自動識別系統(tǒng)與雷達(dá)傳輸?shù)拇靶畔?，并對其進(jìn)行預(yù)處理得到船舶的位 置、速度和方位信息； 52、 對船舶的位置、速度和方位信息進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合，具體步驟為： 521、 對船舶的位置、速度和方位信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和時(shí)間配準(zhǔn)，將經(jīng)煒度形式信息轉(zhuǎn) 換為極坐標(biāo)形式信息，使用分段線性插值法將不同步的信息統(tǒng)一到同一時(shí)刻； 522、 對處理后的位置、速度和方位信息進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)，以目標(biāo)船船舶自動識別系統(tǒng)航 跡信息為基準(zhǔn)，先排除與船舶自動識別系統(tǒng)信息相比時(shí)間、距離差距較大的雷達(dá)航跡信息； 再通過計(jì)算船舶自動識別系統(tǒng)航跡信息和雷達(dá)航跡信息的關(guān)聯(lián)程度，至多選擇一個(gè)關(guān)聯(lián)程 度較大的雷達(dá)航跡信息，將此船舶自動識別系統(tǒng)航跡信息和雷達(dá)信息選定為目標(biāo)船航跡融 合的對象； 523、 對選定的關(guān)聯(lián)程度較大的目標(biāo)船的船舶自動識別系統(tǒng)和雷達(dá)航跡信息進(jìn)行航跡 融合，采用基于統(tǒng)計(jì)的加權(quán)估計(jì)法來完成目標(biāo)船的航跡融合過程，并存儲融合結(jié)果為航跡 預(yù)測提供數(shù)據(jù)； 53、 根據(jù)航跡融合的結(jié)果對目標(biāo)船進(jìn)行航跡預(yù)測，并做出船舶碰撞危險(xiǎn)評價(jià)、避讓決策 及目標(biāo)船態(tài)勢監(jiān)測。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征 在于，步驟S1中對船舶信息進(jìn)行預(yù)處理的方法具體為： 分別按照船舶自動識別系統(tǒng)與雷達(dá)報(bào)文格式進(jìn)行解析，并提取有效信息存儲到數(shù)據(jù)庫 中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征 在于，步驟S2中目標(biāo)船的船舶自動識別系統(tǒng)航跡信息和雷達(dá)航跡信息關(guān)聯(lián)程度的計(jì)算方 法具體為： 通過正態(tài)分布的隸屬度函數(shù)得到距離、方位、航速、航向這4個(gè)因素的歐氏距離的關(guān)聯(lián) 和不關(guān)聯(lián)隸屬度值，再與各因素權(quán)重大小進(jìn)行加權(quán)平均可得到綜合因素關(guān)聯(lián)和不關(guān)聯(lián)隸屬 度； 最后進(jìn)行雙門限細(xì)關(guān)聯(lián)，即判斷綜合因素關(guān)聯(lián)隸屬度最大值與滿足細(xì)關(guān)聯(lián)次數(shù)是否滿 足設(shè)定的門限值，若都滿足則停止關(guān)聯(lián)判斷，存儲并綁定判定細(xì)關(guān)聯(lián)的目標(biāo)船的船舶自動 識別系統(tǒng)和雷達(dá)標(biāo)號，作為關(guān)聯(lián)程度較大的目標(biāo)船航跡融合的對象。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征 在于，步驟S3中船舶碰撞危險(xiǎn)評價(jià)的方法具體為： 綜合考慮最小會遇距離、最小會遇時(shí)間、兩船距離、目標(biāo)船與本船的方位角、本船與目 標(biāo)船的速度比這5個(gè)作為評價(jià)因素，得到各自隸屬度后與其對應(yīng)權(quán)重值加權(quán)得到綜合因素 碰撞危險(xiǎn)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征 在于，步驟S3中避讓決策的方法具體為： 首先確定避讓行動時(shí)機(jī)，采用碰撞危險(xiǎn)度理論的方法計(jì)算碰撞危險(xiǎn)度，并將其與設(shè)定 的危險(xiǎn)度閾值進(jìn)行比較，若大于該閾值，根據(jù)本船與目標(biāo)船的會遇態(tài)勢判斷避讓方式，確定 本船是直航船還是避讓船，以及向左還是向右避讓；最后確定轉(zhuǎn)向避讓幅度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法，其特征 在于，步驟S3中目標(biāo)船態(tài)勢監(jiān)測的方法具體為： 以本船為直角坐標(biāo)系中心原點(diǎn)，實(shí)時(shí)繪制并顯示本船周圍8海里范圍內(nèi)的監(jiān)測目標(biāo)位 置、航向信息和航跡，并通過不同顏色繪制目標(biāo)能直觀反映不同碰撞危險(xiǎn)程度狀態(tài)，點(diǎn)擊對 應(yīng)目標(biāo)能顯示相應(yīng)信息與避讓建議。7. -種基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策系統(tǒng)，其特征在于，包括串口接 收模塊和數(shù)據(jù)庫，以及均與所述數(shù)據(jù)庫連接的信息處理模塊、算法模塊和人機(jī)交互模塊，所 述串口接收模塊與所述信息處理模塊相連； 所述信息處理模塊，包括船舶自動識別系統(tǒng)信息處理模塊、雷達(dá)信息處理模塊和其他 信息處理模塊，用于接收來自串口接收模塊發(fā)送來的船舶航行信息，并對其進(jìn)行預(yù)處理得 到船舶的位置、速度、方位信息，最后將處理結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中； 所述算法模塊，包括數(shù)據(jù)融合算法模塊、航跡預(yù)測算法模塊、避讓決策算法模塊、碰撞 危險(xiǎn)算法模塊和其他算法模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取船舶的位置、速度、方位信息， 并對其進(jìn)行航跡融合和航跡預(yù)測，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行碰撞預(yù)警和避讓決策； 所述人機(jī)交互模塊，包括目標(biāo)態(tài)勢監(jiān)控模塊、信息查詢模塊、碰撞預(yù)警模塊、系統(tǒng)配置 模塊和其他功能模塊，用于實(shí)時(shí)的顯示船舶的航行信息，以及各種預(yù)警信息。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策系統(tǒng)，其特征 在于，該系統(tǒng)采用linux嵌入式系統(tǒng)為開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫采用SQLite3,界面開發(fā)工具采用 QT，硬件ARM板采用S3C6410芯片作為處理器。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策系統(tǒng)，其特征 在于，該系統(tǒng)還包括GPRS通信模塊，并通過所述GPRS通信模塊與監(jiān)控中心通信。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策系統(tǒng)，其特 征在于，所述人機(jī)交互模塊采用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于航跡融合和航跡預(yù)測的船舶避碰輔助決策方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：S1、獲取船舶自動識別系統(tǒng)與雷達(dá)傳輸?shù)拇靶畔?，并對其進(jìn)行預(yù)處理得到船舶的位置、速度和方位信息；S2、對船舶的位置、速度和方位信息進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合；S3、根據(jù)航跡融合的結(jié)果對目標(biāo)船進(jìn)行航跡預(yù)測，并做出船舶碰撞危險(xiǎn)評價(jià)、避讓決策及目標(biāo)船態(tài)勢監(jiān)測。本發(fā)明能夠提高船舶航行數(shù)據(jù)來源的可靠性和穩(wěn)定性，能夠?qū)崟r(shí)的、智能的監(jiān)測船舶航行時(shí)的安全信息，避免船舶發(fā)生碰撞，且有助于船載設(shè)備的智能化和小型化，具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G08G3/02
【公開號】CN105390029
【申請?zhí)枴緾N201510755138
【發(fā)明人】陳德軍, 牟軍敏, 戴楚, 萬雪超, 韓超
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月6日