本發(fā)明涉及海事船舶航行領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法、程序產(chǎn)品、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、

2、分道通航制的應(yīng)用減少了船舶在對(duì)遇局面中發(fā)生碰撞事故的概率，但交叉相遇局面仍經(jīng)常發(fā)生船舶碰撞事故，尤其是在復(fù)雜水域，比如警戒區(qū)、漁船眾多的水域。此外，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人為原因在海上傷亡中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，是事故發(fā)生的決定性的因素。其中，“判斷錯(cuò)誤”是人為原因的關(guān)鍵問(wèn)題，主要表現(xiàn)為船長(zhǎng)對(duì)于是否有讓路責(zé)任的的誤判。例如2022年12月22日，“金旺嶺”輪作為交叉相遇局面下的讓路船未能按照《避碰規(guī)則》及早地對(duì)“魯日山漁61027”輪進(jìn)行避讓，同時(shí)“魯日山漁61027”輪作為直航船，在碰撞發(fā)生前航向多次大幅度變化，未覆行其保向保速義務(wù)，從而導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生。

3、目前針對(duì)讓路船的判定，大多還是依照《避碰規(guī)則》這種傳統(tǒng)方法，不可否認(rèn)它可以從定性的角度來(lái)確定讓路船，但在客觀定量方面還仍有些欠缺，其規(guī)定的讓路船在避讓時(shí)產(chǎn)生的代價(jià)可能也比直航船避讓的代價(jià)大，且仍有許多船員并不一定按照《避碰規(guī)則》來(lái)執(zhí)行，缺乏一種能夠在避讓代價(jià)最小的自動(dòng)避免碰撞的判方法，因此，本發(fā)明提出了一種在交叉相遇局面中能夠客觀判定讓路船的方法、程序產(chǎn)品、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法、程序產(chǎn)品、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，包括以下步驟：

4、s1、篩選出研究水域中船舶的ais數(shù)據(jù)信息，對(duì)所述ais數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，并建立直角坐標(biāo)系；

5、s2、假設(shè)a船為讓路船，b船為被讓路船，利用非對(duì)稱高斯函數(shù)構(gòu)建讓路船視角下的被讓路船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型；重新假設(shè)讓路船和被讓路船，轉(zhuǎn)化視角，以b船為讓路船，a船為被讓路船，利用非對(duì)稱高斯函數(shù)構(gòu)建讓路船視角下的被讓路船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型；

6、s3、構(gòu)造加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，分別計(jì)算a船與b船在避讓時(shí)所需要付出的代價(jià)，將讓路代價(jià)小的船舶重新確定為讓路船，另一只船確定為被讓路船，根據(jù)讓路船是否會(huì)侵犯被讓路船的勢(shì)能場(chǎng)，判斷讓路船是否需要采取避讓措施。

7、所述預(yù)處理包括：刪除缺失船舶種類信息的數(shù)據(jù)、重復(fù)的數(shù)據(jù)和引起干擾的船舶數(shù)據(jù)，采用三次樣條插值方法，以特定時(shí)間為間隔，對(duì)研究水域中的每條船舶在每天中的ais數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理。

8、所述勢(shì)能場(chǎng)的形狀為非對(duì)稱性的橢圓。

9、所述勢(shì)能場(chǎng)的范圍與船舶的狀態(tài)有關(guān)，船舶的狀態(tài)包括：航速、船長(zhǎng)、船寬以及排水量。

10、所述步驟s2具體包括：

11、s21、構(gòu)造出被讓路船的動(dòng)力、阻力、斥力和引力；

12、s22、從ais數(shù)據(jù)信息中獲取被讓路船的角度，并轉(zhuǎn)化為弧度制；

13、s23、將動(dòng)力、阻力、斥力和引力分解到以被讓路船航向?yàn)樽鴺?biāo)軸所建立的坐標(biāo)系中，作為三維非對(duì)稱高斯函數(shù)的影響因子；

14、s24、將所述影響因子代入到非對(duì)稱高斯函數(shù)的表達(dá)式中，得到三維非對(duì)稱高斯函數(shù)分布圖；

15、s25、根據(jù)交叉相遇局面中船舶的ais數(shù)據(jù)信息得到船舶避讓時(shí)的實(shí)際最小距離，被讓路船舶的非接觸力中的參數(shù)k、λ，使勢(shì)能場(chǎng)的范圍與該水域?qū)嶋H范圍數(shù)據(jù)一致，得到被讓路船的勢(shì)能場(chǎng)。

16、采用最小二乘法對(duì)所述勢(shì)能場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。

17、所述加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)包括以下評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)：路徑平滑性代價(jià)函數(shù)、速度損失代價(jià)函數(shù)以及路徑偏移代價(jià)函數(shù)，通過(guò)層次分析法求取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，確定所述加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，采用如下公式表示：

18、minf(i)＝wrufru(i)+wvfv(i)+wsfs(i)；

19、其中，f(i)為加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，fru(i)為路徑平滑性代價(jià)函數(shù)，fv(i)為速度損失代價(jià)函數(shù)，fs(i)為路徑偏移代價(jià)函數(shù)，wru、wv、ws分別為權(quán)重系數(shù)。

20、第二方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一所述方法的步驟。

21、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一所述方法的步驟。

22、第四方面，本發(fā)明一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序，所述程序被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一所述方法的步驟。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、1、本發(fā)明提出了一種客觀判斷是否為讓路船的勢(shì)能場(chǎng)模型，用以客觀定量的確定避讓代價(jià)，在總體避讓代價(jià)最小的情況下，不僅能夠協(xié)調(diào)船舶之間的避讓行動(dòng)，還降低了讓路時(shí)的船舶的代價(jià)。

25、2、通過(guò)將本發(fā)明提供方法轉(zhuǎn)化為算法程序的智能化運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人船的自主避讓方案，同時(shí)也能輔助船長(zhǎng)進(jìn)行避讓決策，從而有效降低由于“判斷錯(cuò)誤”而導(dǎo)致的海上交通碰撞事故，進(jìn)一步保障通航安全。

技術(shù)特征：

1.一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括：刪除缺失船舶種類信息的數(shù)據(jù)、重復(fù)的數(shù)據(jù)和引起干擾的船舶數(shù)據(jù)，采用三次樣條插值方法，以特定時(shí)間為間隔，對(duì)研究水域中的每條船舶在每天中的ais數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，所述勢(shì)能場(chǎng)的形狀為非對(duì)稱性的橢圓。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，所述勢(shì)能場(chǎng)的范圍與船舶的狀態(tài)有關(guān)，船舶的狀態(tài)包括：航速、船長(zhǎng)、船寬以及排水量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，所述步驟s2具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，采用最小二乘法對(duì)所述勢(shì)能場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，其特征在于，所述加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)包括以下評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)：路徑平滑性代價(jià)函數(shù)、速度損失代價(jià)函數(shù)以及路徑偏移代價(jià)函數(shù)，通過(guò)層次分析法求取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，確定所述加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，采用如下公式表示：

8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任一所述方法的步驟。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述方法的步驟。

10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序，其特征在于，所述程序被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于直航船動(dòng)態(tài)勢(shì)能場(chǎng)模型的船舶避免碰撞判定方法，包括以下步驟：S1、篩選出研究水域中船舶的AIS數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行預(yù)處理，并建立直角坐標(biāo)系；S2、構(gòu)建讓路船視角下直航船的勢(shì)能場(chǎng)模型；S3、構(gòu)造加權(quán)多目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，分別計(jì)算A船與B船在避讓時(shí)所需要付出的代價(jià)，將讓路代價(jià)小的船舶重新確定為讓路船，另一只船確定為被讓路船，根據(jù)讓路船是否會(huì)侵犯被讓路船的勢(shì)能場(chǎng)，判斷讓路船是否需要采取避讓措施。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以客觀定量的確定避讓代價(jià)，在總體避讓代價(jià)最小的情況下，不僅能夠協(xié)調(diào)船舶之間的避讓行動(dòng)，還降低了讓路時(shí)的船舶的代價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉軼華,張?jiān)气P,穆久陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10