本發(fā)明涉及漁船防碰撞，尤其涉及一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在海洋漁業(yè)中，漁船碰撞事故一直是影響漁船作業(yè)安全的重大問題。隨著海上作業(yè)的船舶數(shù)量增加和海上交通的復雜性提高，漁船之間以及漁船與其他船舶之間發(fā)生碰撞的風險顯著上升。這不僅對船舶本身的安全構(gòu)成威脅，也可能導致嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。傳統(tǒng)的防碰撞方法主要依賴于船員的經(jīng)驗和觀察，存在較大的主觀性和不確定性。

2、因此，如何有效預防漁船碰撞事故，提升海上作業(yè)的安全性，還是當前海洋漁業(yè)管理和船舶導航技術(shù)領域亟需解決的重要問題。

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，提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法及系統(tǒng)，其重要目的在于提高漁船防碰撞的有效性和可靠性。

2、為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明第一方面提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法，包括：

3、獲取漁船航行監(jiān)測信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息檢測當前區(qū)域的其他航行船只，并進行態(tài)勢分析，得到態(tài)勢分析信息；

4、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險評估實例進行船舶碰撞危險評估要素選取，設定碰撞危險評估指標并構(gòu)建碰撞危險評估模型；

5、根據(jù)所述態(tài)勢分析信息進行碰撞危險評估獲取碰撞危險評估信息，并進行防碰撞預警提示，構(gòu)建避碰責任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險評估信息進行避碰責任判定；

6、根據(jù)所述碰撞危險評估信息進行避碰優(yōu)先級判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進行避碰路線制定，并對下一避讓碰撞船只進行避碰責任判定和避碰意愿分析。

7、本方案中，所述獲取漁船航行監(jiān)測信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息檢測當前區(qū)域的其他航行船只，并進行態(tài)勢分析，得到態(tài)勢分析信息，具體包括：

8、基于目標漁船的航行監(jiān)測設備獲取漁船航行監(jiān)測信息，所述漁船航行監(jiān)測信息包括當前航行區(qū)域可監(jiān)測范圍內(nèi)的其他船只航行信息及目標漁船的航行信息；

9、根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息獲取漁船航行監(jiān)測圖像信息，對所述漁船航行監(jiān)測圖像信息進行圖像預處理，得到預處理圖像信息；

10、基于yolov5s構(gòu)建目標檢測模型，將所述預處理圖像信息輸入至所述目標檢測模型中進行目標檢測，通過主干網(wǎng)絡對所述預處理圖像進行特征提取，生成初始特征圖；

11、提取所述預處理圖像信息不同尺度的特征，引入注意力機制獲取各特征的注意力分數(shù)，生成注意力特征圖，構(gòu)建特征融合金字塔，將所述初始特征圖與注意力特征圖進行融合，得到融合特征圖；

12、根據(jù)所述融合特征圖生成候選目標檢測框，采用非極大值抑制法進行篩選，提取各候選目標檢測框的置信度，與預設閾值進行判斷，獲取最終目標檢測框，得到目標檢測信息；

13、根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息獲取區(qū)域內(nèi)其他航行船只的航行靜態(tài)數(shù)據(jù)、航行動態(tài)數(shù)據(jù)和船舶航程數(shù)據(jù)，結(jié)合所述目標檢測信息計算目標漁船與其他船只的會遇距離，得到態(tài)勢分析信息；

14、所述態(tài)勢分析信息包括目標檢測信息、區(qū)域內(nèi)其他航行船只的航行靜態(tài)數(shù)據(jù)、航行動態(tài)數(shù)據(jù)、船舶航程數(shù)據(jù)和會遇距離。

15、本方案中，所述基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險評估實例進行船舶碰撞危險評估要素選取，設定碰撞危險評估指標并構(gòu)建碰撞危險評估模型，具體包括：

16、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險評估實例，提取各船舶碰撞危險評估實例的評估要素，計算各評估要素與對應船舶碰撞危險評估實例的皮爾遜相關系數(shù)和互信息值；

17、根據(jù)計算得到的皮爾遜相關系數(shù)和互信息值分別構(gòu)建皮爾遜相關系數(shù)矩陣和互信息矩陣，預設皮爾遜相關系數(shù)閾值和互信息閾值，對所述皮爾遜相關系數(shù)矩陣和互信息矩陣進行閾值處理；

18、將小于閾值的數(shù)據(jù)進行置零后獲取更新后皮爾遜相關系數(shù)矩陣和互信息矩陣，提取對應的危險評估要素進行并集操作獲取篩選后的危險評估要素；

19、根據(jù)篩選后的危險評估要素計算各篩選后危險評估要素之間的相似度，通過相似度進行危險評估要素精簡，根據(jù)精簡后的危險評估要素設定碰撞危險評估指標；

20、通過船舶碰撞危險評估實例提取各碰撞危險評估指標在不同碰撞危險等級下對應的評估數(shù)據(jù)，分析在不同碰撞危險等級下各碰撞危險評估指標的評估數(shù)據(jù)區(qū)間；

21、基于碰撞危險評估指標和評估數(shù)據(jù)區(qū)間構(gòu)建碰撞危險評估模型，通過所述船舶碰撞危險評估實例構(gòu)成訓練數(shù)據(jù)集進行模型訓練，得到符合期望的碰撞危險評估模型。

22、本方案中，所述根據(jù)所述態(tài)勢分析信息進行碰撞危險評估獲取碰撞危險評估信息，并進行防碰撞預警提示，構(gòu)建避碰責任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險評估信息進行避碰責任判定，具體包括：

23、獲取態(tài)勢分析信息，將所述態(tài)勢分析信息輸入至碰撞危險評估模型中進行碰撞危險評估，根據(jù)輸入的態(tài)勢分析信息與各碰撞危險評估指標的評估數(shù)據(jù)區(qū)間進行對比，獲取各碰撞危險評估指標的危險評估等級；

24、根據(jù)各碰撞危險評估指標的危險評估等級獲取各危險評估等級對應的評估權(quán)重，進行加權(quán)求和，將加權(quán)求和結(jié)果與預設閾值進行判斷，評估當前航行區(qū)域可監(jiān)測范圍內(nèi)的其他船只與目標漁船的碰撞危險，得到碰撞危險評估信息；

25、根據(jù)所述碰撞危險評估信息對目標漁船進行防碰撞預警提示；

26、將船舶航行會遇態(tài)勢劃分為直航相遇、交叉相遇和追越相遇，并通過數(shù)據(jù)檢索獲取船舶航行避碰規(guī)則，構(gòu)建避碰責任判定規(guī)則；

27、基于所述碰撞危險評估信息獲取被定義為碰撞船只的航行監(jiān)測信息，結(jié)合目標漁船的漁船航行監(jiān)測信息分析碰撞船只與目標漁船的相對位置；

28、根據(jù)碰撞船只與目標漁船的相對位置，結(jié)合所述避碰責任判定規(guī)則進行避碰責任判定，得到避碰責任判定信息。

29、本方案中，所述根據(jù)所述碰撞危險評估信息進行避碰優(yōu)先級判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進行避碰路線制定，并對下一避讓碰撞船只進行避碰責任判定和避碰意愿分析，具體包括：

30、獲取碰撞危險評估信息，根據(jù)所述碰撞危險評估信息提取碰撞船只對應的碰撞危險度，進行對各碰撞船只進行排序，根據(jù)排序結(jié)果確定避碰優(yōu)先級；

31、獲取避碰責任判定信息，根據(jù)所述避碰責任判定信息獲取避碰優(yōu)先級最高的碰撞船只與目標漁船的避碰責任判定結(jié)果，若避碰責任判定結(jié)果為目標漁船的避碰責任，則制定避碰路線；

32、獲取漁船航行監(jiān)測信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息提取避讓碰撞船只的航行信息，對避讓碰撞船只進行航線預測，得到航線預測信息；

33、基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型，輸入所述漁船航行監(jiān)測信息和航線預測信息進行避碰路線制定，得到避碰路線制定結(jié)果信息；

34、根據(jù)所述避碰路線制定結(jié)果信息對目標漁船進行避碰指引，當完成對優(yōu)先級最高的碰撞船只的避碰事件后，對下一避讓碰撞船只進行避碰責任判定；

35、若仍為目標漁船的避碰責任，則根據(jù)所述避碰路線制定結(jié)果信息繼續(xù)進行避碰，若不為目標漁船的避碰責任，則將下一避讓碰撞船只定義為避碰責任船，進行避碰意愿判定；

36、對避碰責任船進行實時監(jiān)測并與目標漁船進行碰撞風險實時評估，根據(jù)實時碰撞風險評估結(jié)果判斷避碰責任船是否存在避碰意愿，若不存在避碰意愿，則對目標漁船駕駛?cè)藛T進行主動避讓預警。

37、本方案中，所述輸入所述漁船航行監(jiān)測信息和航線預測信息進行避碰路線制定，得到避碰路線制定結(jié)果信息，具體包括：

38、將避碰路徑的碰撞危險度作為優(yōu)化目標設定目標函數(shù)和約束條件，進行初始種群隨機生成；

39、將轉(zhuǎn)向幅度作為懲罰條件設定懲罰函數(shù)，通過懲罰函數(shù)標記優(yōu)化過程中違反約束條件的解，得到違反程度信息，根據(jù)違反程度信息降低選中概率，選取符合約束條件的優(yōu)質(zhì)解；

40、預設選取閾值，根據(jù)生成的初始種群計算各個體的適應度值并與所述選取閾值進行判斷選取優(yōu)質(zhì)解，根據(jù)獲取的優(yōu)質(zhì)解進行交叉和變異操作，生成新種群并作為sa算法的輸入，基于metropolis準則判斷是否接受新解作為當前解；

41、引入壽命機制和滅絕機制構(gòu)建迭代優(yōu)化策略，根據(jù)個體適應度值設定每個個體的壽命值期望進行迭代優(yōu)化，當個體年齡值大于對應的壽命值期望時，進行個體刪除并獲取保留個體，基于保留個體隨機選取若干個體進行復制進行種群個體補充；

42、基于目標種群的適應度值判斷目標種群是否在迭代過程中出現(xiàn)改變，若沒有改變，則對目標種群進行滅絕并將目標種群中的個體根據(jù)個體適應度值進行排序，根據(jù)排序結(jié)果選取存活個體并構(gòu)建新種群；

43、進行迭代優(yōu)化收斂后輸出最終解，根據(jù)最終解生成候選避碰路徑，提取各候選避碰路徑對應的避碰距離特征計算各避碰路徑的避碰消耗，并進行排序，根據(jù)排序結(jié)果生成避碰路線制定結(jié)果信息。

44、本發(fā)明第二方面提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：存儲器、處理器，所述存儲器中包含基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法程序，所述基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如下步驟：

45、獲取漁船航行監(jiān)測信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息檢測當前區(qū)域的其他航行船只，并進行態(tài)勢分析，得到態(tài)勢分析信息；

46、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險評估實例進行船舶碰撞危險評估要素選取，設定碰撞危險評估指標并構(gòu)建碰撞危險評估模型；

47、根據(jù)所述態(tài)勢分析信息進行碰撞危險評估獲取碰撞危險評估信息，并進行防碰撞預警提示，構(gòu)建避碰責任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險評估信息進行避碰責任判定；

48、根據(jù)所述碰撞危險評估信息進行避碰優(yōu)先級判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進行避碰路線制定，并對下一避讓碰撞船只進行避碰責任判定和避碰意愿分析。

49、本發(fā)明公開了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預警方法及系統(tǒng)，包括：獲取漁船航行監(jiān)測信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測信息檢測當前區(qū)域的其他航行船只，并進行態(tài)勢分析，得到態(tài)勢分析信息；基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險評估實例進行船舶碰撞危險評估要素選取，設定碰撞危險評估指標并構(gòu)建碰撞危險評估模型；根據(jù)態(tài)勢分析信息進行碰撞危險評估獲取碰撞危險評估信息，并進行防碰撞預警提示，構(gòu)建避碰責任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險評估信息進行避碰責任判定；根據(jù)碰撞危險評估信息進行避碰優(yōu)先級判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進行避碰路線制定，并對下一避讓碰撞船只進行避碰責任判定和避碰意愿分析。提高漁船防碰撞的有效性和可靠性。