一種檢測船舶碰撞危險度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及船舶避碰【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種輔助船舶駕駛?cè)藛T進(jìn)行決策，保證船舶航行安全的基于證據(jù)推理理論的檢測船舶碰撞危險度的方法。本發(fā)明包括：本船通過船舶自動識別系統(tǒng)AIS獲取威脅船只航行動態(tài)數(shù)據(jù)，計算影響要素的值，計算各要素隸屬度值，利用層次分型法為五個要素分配權(quán)重，計算各要素在相應(yīng)評價等級上的置信度值：計算威脅船只在各評價等級上的置信度向量：威脅船只威脅度明確化處理，得到威脅船只CRI值；將得到的CRI值輸出顯示在綜合船舶顯示系統(tǒng)上。本發(fā)明在充分考慮在獲取威脅船只數(shù)據(jù)以及專家經(jīng)驗(yàn)的不確定性的情況下，利用證據(jù)推理理論表征和融合不確定信息時的優(yōu)越性，對威脅船只對本船構(gòu)成的威脅程度進(jìn)行合理評估。
【專利說明】一種檢測船舶碰撞危險度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶避碰【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種輔助船舶駕駛?cè)藛T進(jìn)行決策，保證 船舶航行安全的基于證據(jù)推理理論的檢測船舶碰撞危險度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，航運(yùn)業(yè)承擔(dān)著超過90%的全球貿(mào)易貨物運(yùn)輸。船 舶大型化、高速化以及通航水域船舶密度增加和會遇率增大，導(dǎo)致繁忙通航水域和港口附 近水域碰撞事故頻繁發(fā)生，造成巨大的財產(chǎn)損失及人員傷亡。因此，船舶航行安全問題成為 專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。在船舶安全航行和船舶避碰領(lǐng)域，合理有效的船舶碰撞危險度 (collision risk index, CRI)的研究和計算是至關(guān)重要的，船舶碰撞危險度的計算方法一 直是船舶避碰領(lǐng)域研究和討論的熱點(diǎn)問題。
[0003] CRI是評價船舶碰撞危險可能性的衡量標(biāo)準(zhǔn)，可以作為船舶避碰決策時機(jī)和避碰 行為的依據(jù)和指導(dǎo)原則。CRI具有模糊性、不確定性以及實(shí)時性等特點(diǎn)，不僅受到船舶航速。 航向等因素的影響，還依賴于船舶駕駛?cè)藛T對危險的感知和接受能力等因素的影響。一般 的，CRI取值為[0?1]，當(dāng)CRI = 0時，說明船舶當(dāng)前為安全狀態(tài)，來船無威脅，不需要本船 采取避碰行為；當(dāng)CRI = 1時，說明無論采取任何避碰行為都無法避免和威脅船只相碰撞。 當(dāng)有多個威脅船只與本船會遇情況出現(xiàn)時，船舶駕駛?cè)藛T可以根據(jù)威脅船只CRI的取值判 斷避讓的時機(jī)與避讓順序以保證本船安全順利通行，完成作業(yè)任務(wù)。因此，CRI的研究在船 舶避碰領(lǐng)域有著及其重要的意義。
[0004] 目前普遍流行的確定CRI值的方法主要有加權(quán)法、模糊統(tǒng)計法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方 法。利用加權(quán)方法確定CRI值時，并不能真實(shí)地反映船舶碰撞的危險程度，尤其當(dāng)多船會遇 時不能客觀地反映各船的威脅程度，并且在計算CRI值時，并未考慮到量綱不同的問題，直 接使用時對計算值的準(zhǔn)確度有一定的影響；模糊統(tǒng)計方法是通過模糊統(tǒng)計試驗(yàn)的方法，選 擇一定數(shù)量的有航海經(jīng)驗(yàn)的船舶駕駛?cè)藛T做統(tǒng)計，根據(jù)某種特定的航行作業(yè)環(huán)境，就某些 特定的會遇局面得到相應(yīng)的CRI值。利用模糊統(tǒng)計法計算CRI取值的方法只適用于某些特 定的航行作業(yè)環(huán)境及威脅會遇局面，并且主觀性較強(qiáng)，完全建立在船舶駕駛?cè)藛T的駕駛經(jīng) 驗(yàn)和感覺上。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法存在的問題是需要存儲大量的避碰專家經(jīng)驗(yàn)知識，以及影響CRI 的各因素的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大量樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，其實(shí)時性不能得到很好的滿足。
[0005] 本發(fā)明針對上述方法在求解CRI值時的缺陷，提出一種基于證據(jù)推理理論 (Evidential Reasoning Theory, ERT)的CRI計算方法。ERT方法作為一種不確定性的推理 方法，為決策級不確定信息的表征與融合提供了強(qiáng)有力的工具，在信息融合、模式識別和決 策分析領(lǐng)域得到了廣發(fā)的應(yīng)用。ERT方法可以很好的適應(yīng)CRI的不確定性、模糊性等特點(diǎn)， 可以用來評估威脅船只CRI值，輔助船舶駕駛?cè)藛T安全完成航海作業(yè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是針對CRI具有模糊性、不確定性等特點(diǎn)，提出一種基于證據(jù)推理理 論檢測船舶碰撞危險度的方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] (1)本船通過船舶自動識別系統(tǒng)AIS獲取威脅船只航行動態(tài)數(shù)據(jù)，包括威脅船只 速度信息，航向信息，與本船相對距離信息以及方位信息；
[0009] (2)根據(jù)步驟（1)中獲取的威脅船只航行動態(tài)數(shù)據(jù)，計算影響要素的值，包括最近 會遇距離DCPA、最短會遇時間TCPA、兩船相對距離D、相對方位B以及船速比K :
[0010] (2. 1)計算DCPA具體數(shù)值：
[0011] 本船S。的地理坐標(biāo)為（X。，y。)，速度和航向?yàn)関。，c。；威脅船只的地理坐標(biāo)為（χτ， yT)，速度和航向分別為vT，cT。本船和威脅船只相對速度為 V()T，則相對速度方向?yàn)镃()T，威脅 船只真方位角Θ，
[0012] DCPA = D X sin (coT- θ )；
[0013] (2. 2)計算TCPA具體數(shù)值：
[0014] TCPA = D X sin (coT- Θ ) /voT
[0015] (2. 3)計算船速比K具體數(shù)值：
[0016] K = ντ/ν0
[0017] (3)計算各要素隸屬度值，
[0018] (3· 1)計算 DCPA 隸屬度值 uDCPA :
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種檢測船舶碰撞危險度的方法，其特征在于： (1) 本船通過船舶自動識別系統(tǒng)AIS獲取威脅船只航行動態(tài)數(shù)據(jù)，包括威脅船只速度 信息，航向信息，與本船相對距離信息以及方位信息； (2) 根據(jù)步驟（1)中獲取的威脅船只航行動態(tài)數(shù)據(jù)，計算影響要素的值，包括最近會遇 距離DCPA、最短會遇時間TCPA、兩船相對距離D、相對方位B以及船速比K : (2. 1)計算DCPA具體數(shù)值： 本船S。的地理坐標(biāo)為（X。，y。），速度和航向?yàn)関。，c。；威脅船只的地理坐標(biāo)為（xT，yT)， 速度和航向分別為vT，cT。本船和威脅船只相對速度為V()T，則相對速度方向?yàn)?C()T，威脅船只 真方位角Θ， DCPA = DXsin(coT- Θ ); (2. 2)計算TCPA具體數(shù)值： TCPA = D X sin (coT- θ ) /voT (2.3)計算船速比Κ具體數(shù)值： K = ντ/ν0 (3) 計算各要素隸屬度值， (3· 1)計算DCPA隸屬度值uDCPA :
d2為安全通過距離， d2 = 2屯 (3. 2)計算TCPA隸屬度倌u? :
(3. 3)計算兩船相對距離D隸屬度值uD :
其中Di為最晚避讓距離，D2為行動距離，
(3. 4)計算兩船相對方位B的隸屬度值uB :
(3. 5)計算兩船船速比K的隸屬度值uK :
其中C為本船與威脅船只的碰角，C e [〇°?180° ); ⑷利用層次分型法為五個要素分配權(quán)重ω = [c〇DC；pA，ωτε;ρΑ，ωΒ，ωΒ，ω κ]; (5) 利用步驟（2)得到的各要素隸屬度值計算各要素在相應(yīng)評價等級上的置信度值 β ： (5. 1)建立船只威脅評價等級集合及其對應(yīng)區(qū)間， EN= (ei，…，en，…eN)，其中ei，…e N分別代表危險度"極端危險ED"、"非常危險VD"、 "危險D"、"安全S"、"非常安全VS"，其對應(yīng)危險度值區(qū)間分別為 [1-0. 8)、[0· 8-0. 6)、[0· 6-0. 4]、（0· 4-0. 2]、（0· 2-0]; (5.2) 根據(jù)各要素隸屬度值計算其在各個評價等級上的確信度值，具體計算步驟 如下，判斷隸屬度值隸屬的危險度值區(qū)間： (5·2· 1)若隸屬于ED及VD區(qū)間，則： 3 n，i P i bd〇wn/bUp bd〇wn (5.2.2) 若隸屬于VD區(qū)間，則： β n, i = I (bup+bdo J /2- μ i I / (bup-bd0 J /2 (5.2.3) 若隸屬于VS及S區(qū)間，則： ^ n, i = bup_ U i/bup-bdown 其中βη,?表示第i個要素在等級％上的確信度值，bup、bd_分別為μ,所隸屬的危險 度值區(qū)間的上下邊界； (6) 計算威脅船只在各評價等級上的置信度向量C= ，…，η」％，…，ild| eN， 心,"}，其中（\|θη)表示威脅船只在危險度等級en上的置信度： (6. 1)計算威脅船只第i個要素在評價等級en的確定基本概率分配mu = ; (6. 2)計算威脅船只第i個要素在所有五個關(guān)鍵要素中重要性不確定基本概率分配 muj =?-β4；； (6. 3)計算專家對脅船只第i個要素評價的不確定基本概率分配
(6. 4)計算威脅船只在綜合各要素后在各評價等級上的確定基本概率分配mn :
(6.5) 計算威脅船只在綜合各要素后的不確定基本概率分配#ζ :
(6.6) 計算威脅船只在綜合各要素后的重要性不確定基本概率分配
(6.7) 計算歸一化常數(shù)Κ:
(6.8) 計算計算威脅船只在綜合各要素后在各評價等級上置信度值η」en以及不確定 置信度Γ?υ,η :

(7) 威脅船只威脅度明確化處理，得到威脅船只CRI值：
其中a (en)為等級en的評價值； (8) 將得到的CRI值輸出顯示在綜合船舶顯示系統(tǒng)上。
【文檔編號】G06F17/50GK104050329SQ201410290922
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】趙玉新, 李旺, 劉廠, 常帥, 吳迪, 杜雪, 賈韌鋒 申請人:哈爾濱工程大學(xué)