[发明专利]基于冰区破冰船护航的多船跟随运动学方法

说明书

本发明公开了一种基于冰区破冰船护航的多船跟随运动学方法。该方法能有效地提高船员的航海经验和安全，并且运用回归分析的方法处理、回归船航行的安全速度，最终得出分析结果。在所提出的多船跟随运动学方法中，采用冰对船的阻力造成的速度和加速度的影响定义波罗地海域冰的情况。同时，将船舶当前时刻的速度和距离数据提取出来并导入多艘船的跟随运动学方法中，利用该方法和当前时刻的数据，达到预测下一时刻安全船速和距离的目的。该运动学方法能够应用于冰区破冰船仿真和试验，充分考虑冰对船的阻力影响和两船之间的安全速度和距离，从而提高该方法建立的模型在船桥模拟器中的真实度和航海安全。

技术领域

本发明涉及船安全航行仿真技术和运用在船桥模拟器的软件模型建立等技术领域，具体涉及一种基于冰区破冰船护航的多船跟随运动学方法的相关模型的建立。

背景技术

航运支撑了世界贸易90％的货量,据UNCTAD数据统计,航运贸易量在近40年里增长了2.5倍,至2012年已经达到了惊人的91亿吨,占到了世界货运总量的70％-90％。在严寒的冬季，船航行在波罗的海北部地区，此时冰况十分复杂。在芬兰水域，冬季海上运输系统的安全是通过芬兰-瑞典冬季导航系统(FSWNS)来管理的。这一系统将导致船舶航行的不同操作模式，船舶要么独立航行，要么在破冰船协助下航行。但是由于许多船只缺乏打破冰的能力，在波罗地海域的寒冷的冬季，环境恶劣的情况下这些普通船只无法正常航行，此时就需要破冰船的帮助，但是这样一来就很容易发生事故。而此时航海船员的航海经验对避免发生此类事件有十分重要的帮助，从而使得航海模拟器也显得十分重要。逼真的模拟环境对于提高航海经验十分有帮助，模型的建立不仅是在仿真技术上的提高，也是模型运用在航海模拟器中的一个重要的部分。随着航运的不断发展，在冰区的多艘船跟随模型的研究显得举足轻重，逼真、有效的冰区航海模拟环境提高了航海安全并且减少了费用的投入，对下一时刻的安全行驶的速度和距离的精准预测也使得冰区航行更加安全。

随着船运多船跟随安全速度预测和安全距离预测工作的不断深入，研究人员依据不同的分析角度以及应用条件提出了不同的模型，这些模型大致分为两类。一类是从安全距离的角度着手出发提出船的跟随模型，另一类是建立破冰船和辅助船之间的综合动力学模型。第一类模型从两船碰撞频率的角度出发得出限制的频率范围内的两船之间跟随航行所需保持的安全距离，一旦小于这个安全距离就会使得船舶航行处于危险当中。第二类主要从船的跟随模型的角度出发，该模型保持船的安全航行并且可以运用在软件技术中，模型主要是研究两艘船舶分别是破冰船和跟随船之间的关系。两类模型都是处于冰覆盖的水域有破冰船的跟随行动。但是两类模型有个共同的特点是两艘船之间的护航行动的建模，预测的范围有限，再多的船只模型就无法使用，但是船在冰区航行往往不只一艘船跟随着破冰船。很难再实际情况中得到运用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明在于提供了一种基于冰区破冰船护航的多船跟随运动学方法，解决传统模型无法预测多艘跟随船航行状态的问题。通过车跟随领域的模型的学习结合船在冰区航行的真实情况，提高模型对多艘船在冰区航行的能力。而后，通过对船在冰区航行的安全速度和安全距离的研究，从而进一步提高模型的预测精度以便于能有效的运用在仿真软件中。

实现本发明目的的技术解决方案为一种基于冰区破冰船护航的多船跟随运动学方法预测船的安全航速，包括如下步骤：

步骤一：获取需要进行多艘船跟随行为模型模拟的航行速度和航行距离数据，还有航行过程中冰的厚度、浓度等信息；

步骤二：根据获取的航行速度信息和冰厚度、浓度等信息，回归分析得到船在冰区航行的安全速度；

步骤三：对冰区的冰对船的阻力情况进行等式分析，对冰的阻力和船航行的速度、冰的厚度等因素进行仿真分析，从而得到冰对船的阻力和船航行速度、冰的厚度等因素之间的关系；

步骤四：提取步骤三中的冰对船的阻力，将阻力的数据代入牛顿第二定律当中，将船的质量通过船的长度、宽度、吃水深度等信息求解得到的也代入牛顿第二定律的公式中得出阻力加速度；