[发明专利]一种基于AIS信息的多目标防撞预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶预警领域，特别是一种基于AIS信息的多目标防撞预警方法，可以应用于船舶交通管理系统(VTS)的交通态势评估。

背景技术

海上船舶碰撞事故给人身、财产和环境带来了很大危害，有关海上船舶避碰的研究一直备受关注，由最初的案例分析发展至今，避碰法规越来越趋于完善，各种各样的船舶调度方法也越来越趋于成熟，而随着计算机技术的不断进步和船载设备的不断更新，避碰技术也得到了长足发展。

通常，航海人员按照DCPA和TCPA两个参数来判断碰撞危险，根据实际情况设定最小安全会遇距离DCPAs和最小安全会遇时间TCPAs，只要|DCPA|<DCPAs，并且|TCPA|<TCPAs，则认为碰撞危险存在。碰撞危险的判断有赖于实时、准确和可靠的信息来源，多年来人们依靠VHF、ARPA和雷达来协助避碰，然而这些手段不便于识别目标船，也难以做到及时而准确地发送本船和接收他船的避让操船意图，尤其在航行密度较大的海域更显得力不从心。船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem，AIS)的出现在很大程度上使船舶会遇信息的获取更加实时可靠，从而使船舶自动避碰系统的实用化成为可能。AIS信息的特点是：信息精度高，准确性好；能实时不间断地提供目标的动态信息；信息量大，不需要额外计算就可以获得GPS船位、航迹向、对地航速和转向率等信息；自主运行，无需人工监控；避免了环境的影响。

为了更直观地展现船舶当前的碰撞危险情况以及可能采取的避让措施，SPERRY系列的ARPA最早提出了预测危险区域(PredictedAreaofDanger,PAD)的概念，当目标船保速保向且本船保速航行时，只要本船船首线避开PAD区域就可以安全通过目标船的船头或船尾。PAD的形状和位置由DCPAs、相对航速和相对距离来共同决定，其中DCPAs的确定往往与驾驶员的心理因素、船舶条件和外界条件三方面因素有关，而且要考虑到本船各个方位的目标船通过本船的DCPAs的值并不相同，不具备方位的对称性，所以DCPAs取值往往偏大以兼顾各个方向目标船。以往基于PAD的碰撞危险预警系统多使用数字形式给出转向和减速的建议数值，这种做法不符合海员心理，而图形化的PAD可以给船员提供更直观的避碰决策信息。PAD的形状常见的有椭圆和六边形等，其位置位于目标船的真矢量线上，当需要监视多艘目标船只时，简单地叠加展示这类PAD的后果是监视屏上的避碰态势显得杂乱无章。

目前相关文献中较多地讨论单艘船舶的避让技术，关于多船会遇的避碰态势的研究相对较少。本发明提出的多目标防撞预警系统主要应用于VTS系统中，不仅可以实时处理多船动态信息进而实现防撞预警，还可以帮助值班员一目了然地了解所关心区域内所有船舶的避碰态势。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于AIS信息的多目标防撞预警方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于AIS信息的多目标防撞预警方法，包括以下步骤：

步骤1：建立适应多目标状况的预测危险区域(PredictedAreaofDanger,PAD)模型。本步骤提出了避碰态势圆(CircleofCollisionPreventionSituation,CCPS)和预测危险航向区(PredictedCourseofDanger,PCD)的概念。与一般PAD不同的是，该避碰态势圆的圆心位于本船，半径为航速V与TCPAs的乘积，由两部分组成：一部分是安全航向区，另一部分是若干叠加显示的PCD。PCD是一个扇区，其圆心与CCPS相同，两条边是危险航向区边界。

步骤2：设置本船的最小安全会遇距离(MinimumSafeDistancetoClosestPointofApproach,DCPAs)和最小安全会遇时间(MinimumSafeTimetoClosestPointofApproach,TCPAs)；

步骤3：根据AIS信息计算避碰相关要素。当任一艘船舶的AIS动态信息更新时，将该船作为防撞判断中的本船，获取其周围一定范围内所有目标，遍历计算本船与目标船的DCPA、TCPA、C1和C2；根据C1、C2和DCPAs在内存中构造本船与目标船相关的PCD数据对象。

步骤4：防撞告警判断。当|DCPA|<DCPAs，并且|TCPA|<TCPAs时，表明本船与目标船进入了防撞告警状态，其对应的PCD将用红色表示，否则用琥珀色表示；