[发明专利]一种基于AIS数据的船舶碰撞风险分析方法

说明书

本发明公开了一种基于AIS数据的船舶碰撞风险分析方法，首先基于历史AIS数据，在标准船舶选取和转换的基础上，采用密度聚类算法建立船舶碰撞风险的热度图，实现船舶碰撞风险的时空可视化；然后基于实时AIS数据，在船位场、航向场和航速场的基础上，构建区域船舶碰撞风险评判模型，运用高斯核函数核密度估计算法提出动态船舶碰撞风险可视方法，实现区域船舶碰撞风险的实时更新。本发明基于历史AIS数据，实现船舶碰撞风险的时空可视化，实现了复杂的抽象的船舶交通流多属性信息进行有效挖掘融合后直观形象的呈现，便于驾营人员直观的获取船舶所处的环境的风险等级，进而提高自己的警觉性以及采取合理的操纵措施，保障了船舶的安全营运。

技术领域

本发明属于交通运输安全技术领域，涉及一种船舶碰撞风险分析方法，具体涉及一种基于AIS数据的船舶碰撞风险分析方法。

背景技术

交通运输系统是社会经济发展的基础，是人类文明的标志，是国家进行资源配置和宏观调控的重要工具，促进了社会分工以及大工业发展和规模经济的形成，扩大了国际间经贸合作和人员的往来，对保障国民经济持续健康快速发展、改善人民生活、促进国土开发和国防现代化建设，具有十分重要的意义。水路交通则是交通运输的重要组成部分，随着我国经济的持续快速发展，我国水上货运量和货物周转量持续上升，水上交通事业蓬勃发展，体现出水上交通在交通运输中占据着重要组成部分。

近年来，随着船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)的普及，标志着船舶交通数据统计的研究开始进入了大数据时代。AIS是一种用于船舶之间、船岸之间自动应答和识别的船舶避碰系统，由AIS船台和AIS岸站系统组成。船舶AIS信息包括船舶的静态信息和船舶的动态信息两方面的内容，其中静态信息包括：IMO编码、呼号、船名、长度、宽度、吃水、目的港、选用航线计划等；动态信息包括：船位(实时)、航迹向、对地航速、船首向、航行状态、转向率等。AIS信息量丰富，可以为船舶碰撞风险可视化研究提供可靠的研究基础数据。

中国是世界航运大国，已连续15次连任国际海事组织A类理事。目前，中国拥有全球第三大规模的船队，船舶入籍登记数居全球第八。中国港口万吨级以上泊位2317个，亿吨大港数量达到34个；港口货物吞吐量和集装箱吞吐量连续10余年居世界第一。在全球港口货物吞吐量和集装箱吞吐量排名前10名的港口中，中国占有7席。但是，根据统计资料，2012～2016年全国共发生运输船舶一般及以上等级水上交通事故1199件，死亡失踪1214人，沉船626艘，直接经济损失16.99亿元，其中碰撞事故占事故总数52％。可见我国水域的安全形势仍然严峻，而且船舶大型化、专业化和快速化趋势明显，船舶碰撞危险系数在不断增加，事故一旦发生造成的损失也不断加大，对社会的影响也更加恶劣。因此，有效识别出海上事故多发区，对海上风险时空区域进行可视化，从而避免海上船舶碰撞等事故的发生，对于加强海上通航安全、改善现今通航环境至关重要。

正是由于当前水路环境复杂，船舶间碰撞危险形势依旧严峻，解决船舶间碰撞问题刻不容缓。基于AIS数据对船舶航行过程中的碰撞风险进行可视化，可有效判定高风险水域和高风险时段，对优化监管资源布置、优化海事监管模式和高风险区域实时预警具有重要意义。虽然，国内外对基于船舶AIS数据研究船舶碰撞风险已有不少研究，但其大多以历史数据为主，而缺少与实时数据以及预测数据相结合的研究方式，因此该领域相关技术较为薄弱，开展此类研究很有必要。

船舶碰撞风险可视化是对于船舶碰撞风险表征一种重要的方式。船舶碰撞风险可视化是指研究不同时空域标准船舶流量对船舶碰撞风险的影响，采用密度聚类算法建立船舶碰撞风险的热度图，实现船舶碰撞风险的时空可视化。在现实生活中，对船舶碰撞风险可视化的研究有着重要的意义，尤其对于交通流量较大的水域，存在着许多潜在的船舶碰撞风险，比如两艘船舶在狭窄水域交汇，操作不当将导致船舶产生碰撞，而有效的风险可视化技术将客观的反应潜在的风险等级，从而引导驾驶员提高警惕，采取正确的操纵措施。水域交通复杂，水上事故易发，研究该基于AIS数据的船舶碰撞风险可视化研究方法对于船舶安全营运和提高船舶交通管理具有重要的作用。

发明内容