一种计算船机碰撞风险的方法、装置以及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及船舶航行技术领域。本发明专利技术公开了一种计算船机碰撞风险的方法，所述方法包括：确定风电场的安全区域；根据船舶的速度、极限舵角和可达集预测时间确定船舶的运动可达集，运动可达集包含船舶在预测时间内到达的所有位置；计算安全区域和运动可达集的重叠区域，当重叠区域为零时，确定船舶在当前时刻不存在与风电场的碰撞冲突；当重叠区域不为零时，确定船舶在当前时刻存在与风电场的碰撞冲突，且碰撞冲突的程度通过重叠区域和运动可达集的面积比来表示。本发明专利技术提供的计算船机碰撞风险的方法和装置，能够考虑风电水域环境下多因素对船机碰撞风险带来影响，对风电场的适用性更好，在实践过程中表现出更好的风险计算实时性和敏感性。时性和敏感性。时性和敏感性。

【技术实现步骤摘要】
一种计算船机碰撞风险的方法、装置以及存储介质


[0001]本专利技术涉及船舶航行
，尤其涉及一种计算船机碰撞风险的方法、装置以及存储介质。

技术介绍

[0002]船舶碰撞事故通常是指船舶在水域内发生接触而造成损害的事故。根据《国际海上避碰规则》、《船舶碰撞损害赔偿国际公约》等公约对船舶避碰定义，船舶碰撞事故可分为广义和狭义两个方面：狭义的船舶碰撞通常特指船舶间由于多种原因导致的两船或多船产生实际接触，从而造成损害的事故。而广义的船舶碰撞除包含船舶间碰撞事故外，还包括船舶与其他非可航船只、机器、井架、平台和设备碰撞事故。定义中既包括含实际物理接触，也包括浪损、间接碰撞所导致的船舶碰撞事故。根据近年来海上事故案例统计可以发现，船舶碰撞事故在所有水上事故中占比超过60％以上，将造成船舶结构、货物损伤，人员伤亡、油污泄露、船舶沉没等严重后果，是影响船舶航行安全的关键风险。
[0003]新建海上风电场可能会侵占附近可航水域，改变船舶航行行为和水域交通流分布，除增加船舶间碰撞风险外，还会导致船舶与风机碰撞风险。在海上风电水域，船/机碰撞事故严重威胁着船舶及风机设备安全，可能造成船舶倾覆，风机倒塌和人员伤亡等严重后果。根据英国海岸警卫队(Maritime and Coastguard Agency)研究发现，海上风电场会对附近航行船舶造成包括视觉、雷达观测和无线电通讯干扰等多种影响，增加船舶航行风险。开展风电水域船机碰撞风险实时评估，除了能够客观准确反应风电水域内船舶航行风险情况，还能够有效支持水域船舶风险预警，降低水域事故风险，进一步提高风电水域船舶航行安全水平。
[0004]合理的评估风电水域内单船与风机碰撞风险将有助于从微观单船层面反应风电水域通航风险情况，进一步提高风电水域船舶航行安全管理水平。

技术实现思路

[0005]为了克服如上所述的技术问题，本专利技术提出一种计算船机碰撞风险的方法，用于计算海上风电场水域中的船舶和风机的船机碰撞风险，所述方法的技术方案如下：
[0006]S1，确定所述风电场的安全区域；
[0007]S2，根据所述船舶的速度、极限舵角和可达集预测时间t确定所述船舶的运动可达集，所述运动可达集包含所述船舶在所述预测时间t内到达的所有位置，t为正数；
[0008]S3，计算所述安全区域和所述运动可达集的重叠区域，当所述重叠区域为零时，确定所述船舶在当前时刻不存在与所述风电场的碰撞冲突；当所述重叠区域不为零时，确定所述船舶在当前时刻存在与所述风电场的碰撞冲突，且所述碰撞冲突的程度通过所述重叠区域的面积和所述运动可达集的面积比来表示。
[0009]进一步的，所述步骤S1包括：
[0010]在已知航路分布的情况下，根据预先设定的航路的船机碰撞风险的接受阈值，通
过蒙特卡洛仿真理论计算与所述风险接受阈值对应的最小安全间距，获得所述风电场的安全区域，所述航路的船机碰撞风险的计算公式如下：
[0011]P＝P1+P2；
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019]其中，P为航路的船机碰撞风险的年平均概率，P1为船舶动力碰撞的年化概率，P2为船舶漂移碰撞的年化概率，N
i
为航路i内的船舶总量，P
ib
为航路i内船舶发生失控事件的概率，P
F
为船舶的失效概率，P
cw
为风、流致偏概率，P
w
为风致偏概率，P
c
为流致偏概率，ρ
a
为空气密度，V
a
为风速，A
L
为船舶水线上受风面积在船长方向投影面积，L
oA
为船舶长度，C
a
为风压合力系数，ρ
c
为海流密度，V
c
为海流速度，A
sl
为船舶水下侧投影面积，C
c
为船舶流压合力系数，N为高斯混合分布函数包含的子分布函数的个数，w
j
为子分布函数对应权重，σ
j
为第j个子分布函数f(x
j
)内船舶分布的方差，μ
j
为第j个子分布函数f(x
j
)内船舶分布的均值，x
j
为第j个分布函数f(x
j
)的船舶位置，θ为船舶的航向，N≥3，j∈N，i为正整数。
[0020]进一步的，还包括：获取所述船舶的实时AIS数据，根据所述实时AIS数据包含的位置信息，计算所述船舶和所述风电场的距离，当所述距离小于预设的监控距离并且所述距离大于所述最小安全间距时，根据步骤S1
‑
S3，实时计算所述船机碰撞风险。
[0021]进一步的，结合ManeuveringModel Group(MMG)模型计算所述运动可达集，所述MMG模型使用的公式如下：
[0022][0023]其中，G表示船舶重心点所在位置，m为船舶质量，和分别为船舶沿x轴、y轴的加速度，为船舶转向角加速度，u
G
和v
G
分别为船舶沿x轴、y轴的速度，r
G
为船舶转向角速度，I
Z
为转动惯量，X
G
、Y
G
分别为船舶作用在重心点上的横向力、纵向力，N
G
为船舶作用在重
心点上的首要力矩。
[0024]进一步的，使用如下公式计算所述碰撞冲突的程度：
[0025][0026]其中，P为所述碰撞冲突的程度，x为船舶位置，f(x)
overlapped
为船舶可达集与风电场安全区域的重叠区域，M
t
(r)为该船一段时间t的可达集函数，r
port side
和r
starboard side
分别为船舶向左右两舷可用最大舵角。
[0027]进一步的，当所述重叠区域为不规则形状时，使用Otsu灰度处理算法计算所述面积比，所述面积比由类间方差ICV来表示，公式如下：
[0028]ICV＝P
Aε
×
(g
A
‑
g)2+P
Bε
×
(g
B
‑
g)2；
[0029]其中，A、B分别表示灰度值图像中灰度值t小于预设灰度阈值T的区域、灰度值t大于所述预设灰度阈值T的区域，P
A
和P
B
分别为区域A、B包含的像素数在整个图像的总像素数中占比，g
A
和g
B
分别为区域A、B的灰度值均值，g为整个图像中所有灰度值均值，ε为区域A和B的权重，ε＝0.8。
[0030]进一步的，还包括：
[0031]S4，基于专家评价系统和信息熵理论中互信息方法分配所述风电场水域的风险因素的权重，结合所述风险因素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算船机碰撞风险的方法，用于计算海上风电场水域中的船舶和风机的船机碰撞风险，其特征在于，包括：S1，确定所述风电场的安全区域；S2，根据所述船舶的速度、极限舵角和可达集预测时间t确定所述船舶的运动可达集，所述运动可达集包含所述船舶在所述预测时间t内到达的所有位置，t为正数；S3，计算所述安全区域和所述运动可达集的重叠区域，当所述重叠区域为零时，确定所述船舶在当前时刻不存在与所述风电场的碰撞冲突；当所述重叠区域不为零时，确定所述船舶在当前时刻存在与所述风电场的碰撞冲突，且所述碰撞冲突的程度通过所述重叠区域的面积和所述运动可达集的面积比来表示。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：在已知航路分布的情况下，根据预先设定的航路的船机碰撞风险的接受阈值，通过蒙特卡洛仿真理论计算与所述风险接受阈值对应的最小安全间距，获得所述风电场的安全区域，所述航路的船机碰撞风险的计算公式如下：P＝P1+P2；；；；；；；其中，P为航路的船机碰撞风险的年平均概率，P1为船舶动力碰撞的年化概率，P2为船舶漂移碰撞的年化概率，N
i
为航路i内的船舶总量，P
ib
为航路i内船舶发生失控事件的概率，P
F
为船舶的失效概率，P
cw
为风、流致偏概率，P
w
为风致偏概率，P
c
为流致偏概率，ρ
a
为空气密度，V
a
为风速，A
L
为船舶水线上受风面积在船长方向投影面积，L
oA
为船舶长度，C
a
为风压合力系数，ρ
c
为海流密度，V
c
为海流速度，A
sl
为船舶水下侧投影面积，C
c
为船舶流压合力系数，N为高斯混合分布函数包含的子分布函数的个数，w
j
为子分布函数对应权重，σ
j
为第j个子分布函数f(x
j
)内船舶分布的方差，μ
j
为第j个子分布函数f(x
j
)内船舶分布的均值，x
j
为第j个分布函数f(x
j
)的船舶位置，θ为船舶的航向，N≥3，j∈N，i为正整数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：获取所述船舶的实时AIS数据，根
据所述实时AIS数据包含的位置信息，计算所述船舶和所述风电场的距离，当所述距离小于预设的监控距离并且所述距离大于所述最小安全间距时，根据步骤S1
‑
S3，实时计算所述船机碰撞风险。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合Maneuvering Model Group(MMG)模型计算所述运动可达集，所述MMG模型使用的公式如下：其中，G表示船舶重心点所在位置，m为船舶质量，和分别为船舶沿x轴、y轴的加速度，为船舶转向角加速度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余庆，陈国权，杨神化，林婷婷，纪惠婷，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：