本發(fā)明涉及海上航行防撞，具體涉及一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、航標(biāo)可以為船舶提供明確的航行路徑，幫助船舶安全地通過(guò)復(fù)雜的水域，避免觸礁、擱淺或其他航行危險(xiǎn)。而航行過(guò)程中人員操作不當(dāng)或惡劣的氣象海況可能導(dǎo)致船舶與航標(biāo)碰撞，進(jìn)而可能引起船舶及航標(biāo)的損傷及移位。

2、傳統(tǒng)航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法中航標(biāo)根據(jù)ais識(shí)別定位系統(tǒng)獲取監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)船舶與其的歐式距離，以及船舶航行的姿態(tài)角信息和加速度信息進(jìn)行分析，確定危險(xiǎn)距離，當(dāng)航標(biāo)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)船舶距離低于危險(xiǎn)距離時(shí)，通過(guò)通信系統(tǒng)對(duì)船舶發(fā)出預(yù)警信息。該傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法僅分析船舶本身的運(yùn)行狀態(tài)從而得到距離信息，導(dǎo)致碰撞檢測(cè)條件較為單一，監(jiān)測(cè)精度受限，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決相關(guān)技術(shù)中僅分析該傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法僅分析船舶本身的運(yùn)行狀態(tài)從而得到距離信息，導(dǎo)致碰撞檢測(cè)條件較為單一，監(jiān)測(cè)精度受限，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性不足的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案具體如下：

2、本發(fā)明提出了一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，方法包括：

3、在不同采樣時(shí)刻下，獲取船舶航行過(guò)程中的船舶數(shù)據(jù)和航標(biāo)處的水面數(shù)據(jù)，所述船舶數(shù)據(jù)包括船舶的位置、速度、總重量和航行方向，所述水面數(shù)據(jù)包括航標(biāo)位置、航標(biāo)位置處水體的流速和流動(dòng)方向；

4、直線連接船舶位置和航標(biāo)位置，將每一采樣時(shí)刻下船舶的航行方向與連接的直線的夾角，作為方向角，根據(jù)所述方向角確定每一采樣時(shí)刻下船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)；根據(jù)每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的歐式距離、船舶的速度以及船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)，確定每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度；

5、根據(jù)所有采樣時(shí)刻下的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值變化，確定碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)；根據(jù)船舶總重量和當(dāng)前時(shí)刻下船舶的速度，確定慣性參數(shù)影響指標(biāo)；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻下航行方向與水體的流動(dòng)方向的角度，以及水體的流速，確定航道曲線影響指標(biāo)；結(jié)合碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)，確定當(dāng)前時(shí)刻下船舶的避讓危險(xiǎn)程度；

6、結(jié)合碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下船舶與航標(biāo)進(jìn)行碰撞預(yù)警。

7、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述方向角確定每一采樣時(shí)刻下船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)，包括：

8、將所述方向角的相反數(shù)進(jìn)行最大最小值歸一化處理，得到船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)。

9、進(jìn)一步地，所述根據(jù)每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的歐式距離、船舶的速度以及船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)，確定每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度，包括：

10、計(jì)算所述船舶與航標(biāo)的歐式距離與船舶的速度的比值，得到預(yù)估碰撞時(shí)間；

11、將船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)與所述預(yù)估碰撞時(shí)間的比值，最大最小值歸一化處理得到船舶與航標(biāo)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度。

12、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所有采樣時(shí)刻下的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值變化，確定碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)，包括：

13、以時(shí)間為橫坐標(biāo)，碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度為縱坐標(biāo)構(gòu)建二維直角坐標(biāo)系；在所述二維直角坐標(biāo)系確定所有采樣時(shí)刻的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的樣本點(diǎn)；

14、基于最小二乘直線擬合法對(duì)二維直角坐標(biāo)系中樣本點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，計(jì)算擬合直線斜率，將所述擬合直線斜率進(jìn)行最大最小值歸一化處理作為斜率影響指標(biāo)；

15、將所有采樣時(shí)刻的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值均值，作為碰撞影響指標(biāo)；

16、計(jì)算所述斜率影響指標(biāo)和碰撞影響指標(biāo)的乘積，得到碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)。

17、進(jìn)一步地，所述根據(jù)船舶總重量和當(dāng)前時(shí)刻下船舶的速度，確定慣性參數(shù)影響指標(biāo)，包括：

18、計(jì)算所述船舶總重量和當(dāng)前時(shí)刻下船舶的速度的乘積值，得到慣性參數(shù)影響指標(biāo)。

19、進(jìn)一步地，所述根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻下航行方向與水體的流動(dòng)方向的角度，以及水體的流速，確定航道曲線影響指標(biāo)，包括：

20、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻下航行方向與水體的流動(dòng)方向所形成的夾角角度值與180度的比值，得到水體流動(dòng)角度影響指標(biāo)；

21、將所述水體流動(dòng)角度影響指標(biāo)的相反數(shù)與水體的流速的乘積作為航道曲線影響指標(biāo)。

22、進(jìn)一步地，所述結(jié)合碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)，確定當(dāng)前時(shí)刻下船舶的避讓危險(xiǎn)程度，包括：

23、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻下船舶的碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)的乘積值，得到避讓危險(xiǎn)程度。

24、進(jìn)一步地，所述結(jié)合碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下船舶與航標(biāo)進(jìn)行碰撞預(yù)警，包括：

25、計(jì)算所述碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度的乘積，最大最小值歸一化處理得到預(yù)警指標(biāo)；

26、根據(jù)所述預(yù)警指標(biāo)確定是否進(jìn)行碰撞預(yù)警。

27、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述預(yù)警指標(biāo)確定是否進(jìn)行碰撞預(yù)警，包括：

28、在所述預(yù)警指標(biāo)大于預(yù)設(shè)預(yù)警閾值時(shí)，確定進(jìn)行碰撞預(yù)警，否則，不進(jìn)行碰撞預(yù)警。

29、另一方面，還提供了一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如前述任意一項(xiàng)所述方法的步驟。

30、本發(fā)明具有如下有益效果：

31、本發(fā)明通過(guò)獲取多維的數(shù)據(jù)，包括船舶數(shù)據(jù)和航標(biāo)處的水面數(shù)據(jù)，從而便于后續(xù)進(jìn)行多維數(shù)據(jù)的分析；通過(guò)船舶位置和航標(biāo)位置的連線，以及船舶的速度、航行方向，進(jìn)行船舶與航標(biāo)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析，從而得到準(zhǔn)確的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度，該碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度考慮到船舶在不同采樣時(shí)刻下的方向、速度和位置等信息，從而提前進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)，使得碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度能夠具有較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)效果；而后，基于碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)，進(jìn)行避讓危險(xiǎn)程度的分析，避讓危險(xiǎn)主要依據(jù)船舶本身的控制效果，因此，結(jié)合船舶的總重量、碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值變化趨勢(shì)、船舶的速度以及水體流動(dòng)的速度和方向，從而進(jìn)行避讓危險(xiǎn)分析，得到更為準(zhǔn)確可靠的避讓危險(xiǎn)程度；綜上，結(jié)合碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下船舶與航標(biāo)進(jìn)行碰撞預(yù)警。本發(fā)明能夠有效對(duì)船舶運(yùn)行狀態(tài)以及水體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行多角度多維度數(shù)據(jù)分析，從而結(jié)合船舶的運(yùn)行狀態(tài)、船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析及海水的推阻情況得到更精確的航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果，提升航道航標(biāo)碰撞檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述方向角確定每一采樣時(shí)刻下船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)，包括：

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的歐式距離、船舶的速度以及船舶航向方向的正對(duì)指標(biāo)，確定每一采樣時(shí)刻下船舶與航標(biāo)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度，包括：

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所有采樣時(shí)刻下的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值變化，確定碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)，包括：

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)船舶總重量和當(dāng)前時(shí)刻下船舶的速度，確定慣性參數(shù)影響指標(biāo)，包括：

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻下航行方向與水體的流動(dòng)方向的角度，以及水體的流速，確定航道曲線影響指標(biāo)，包括：

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述結(jié)合碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)，確定當(dāng)前時(shí)刻下船舶的避讓危險(xiǎn)程度，包括：

8.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述結(jié)合碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下船舶與航標(biāo)進(jìn)行碰撞預(yù)警，包括：

9.如權(quán)利要求8所述的一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述預(yù)警指標(biāo)確定是否進(jìn)行碰撞預(yù)警，包括：

10.一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及海上航行防撞技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多傳感器融合的航道航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。該方法包括：獲取船舶數(shù)據(jù)和水面數(shù)據(jù)；確定航行的方向角，根據(jù)方向角、船舶與航標(biāo)的距離、船舶速度，確定碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度；根據(jù)碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度的數(shù)值變化趨勢(shì)確定碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)；根據(jù)船舶總重量和船舶的速度確定慣性參數(shù)影響指標(biāo)；根據(jù)水體的流動(dòng)方向以及水體的流速確定航道曲線影響指標(biāo)；結(jié)合碰撞趨勢(shì)表現(xiàn)指標(biāo)、慣性參數(shù)影響指標(biāo)和航道曲線影響指標(biāo)，確定避讓危險(xiǎn)程度；結(jié)合碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度和避讓危險(xiǎn)程度，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下船舶與航標(biāo)進(jìn)行碰撞預(yù)警。本發(fā)明基于多維度的數(shù)據(jù)分析，提供更精確的航標(biāo)碰撞監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果，提升航道航標(biāo)碰撞檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：任衍鵬,王思宇,嚴(yán)偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京漢榮信息科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6