改进船舶锚位圈半径模型及基于其的锚位智能检测方法技术

本发明专利技术关于改进船舶锚位圈半径模型及基于其的锚位智能检测方法，包括：计算出锚地中现有船舶的锚泊半径，将锚地现有船舶坐标转换为锚位点，将待泊船信息导入锚位圈半径模型计算出本船的锚泊半径，依据锚位安全间距模型计算出待泊船锚泊安全间距数值，通过Monte

【技术实现步骤摘要】
改进船舶锚位圈半径模型及基于其的锚位智能检测方法
[0001]本案是申请日为2022.04.01、申请号为202210338598X、专利技术名称为一种船舶单锚泊锚位智能检测方法的中国专利技术专利的分案申请。


[0002]本专利技术涉及船舶锚泊
，特别是关于一种改进船舶锚位圈半径模型及基于其的锚位智能检测方法。

技术介绍

[0003]当前，各类船舶智能技术发展方兴未艾，已经成为航运业数字技术和经济的载体和突破点。船舶锚位智能检测功能是船舶自主航行和智能航行所必须具备的关键技术之一。船舶在航线的起始港、目的港以及航线附近都要具备锚位检测的能力，以满足应急、装卸货物、上下人员和待泊等需要。在航海实践中，因没有科学的锚位检测方法，船舶为保障锚泊安全通常选择一个较大的锚泊半径，客观上造成了锚地资源的浪费。另外，在锚地中有部分水域可作为锚位水域，但因锚位检测能力不足，而难以利用该处锚地资源。所以，船舶选择合适抛锚地点并保持锚泊作业安全是船舶智能技术面临的一个重大挑战。
[0004]锚位智能检测是依托各类船舶传感器、融合多源数据、利用相关检测技术对符合船舶抛锚作业要求的位置进行检测，并对锚位进行安全监控的策略和技术，锚位检测是船舶智能发展的关键技术之一，关系到船舶锚泊安全和锚地的利用率，揭示锚位检测的机理，填补锚位检测认知的空白，推动相关理论的发展。然而当前阶段锚位检测研究较少，研究内容主要集中在锚泊锚链出链长度、锚泊半径、锚泊船安全间距和锚地规划、锚地利用率等方面，且当前研究成果对危险品船等特殊类型船舶、船型参数、船舶装载状态、风力、水深和进出锚地航行船舶安全间距等因素关注不够。
[0005]上述
技术介绍
旨在辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请技术方案的新创性。

技术实现思路

[0006]针对当前船舶锚泊区域检测研究不足的现状，以提高船舶锚泊区域的检测能力和精度为目标，本申请首先依据锚泊船运动特点及规律，改进了船舶锚位圈半径模型和船舶锚位安全间距模型，然后构建了锚泊船锚位检测模型和Monte
‑
Carlo随机模拟方法相结合的智能算法，最终提出了一种船舶单锚泊锚位检测方法，能够快速有效的检测锚位，提高了船舶锚泊区域的检测能力和精度。
[0007]为解决上述
技术介绍
中提及的至少一种技术问题，本专利技术的目的旨在提供一种船舶单锚泊锚位智能检测方法，改进了船舶锚位圈半径模型和锚泊船安全间距模型，并构造了基于锚泊船锚泊区域检测模型和Monte
‑
Carlo随机模拟方法相结合的智能算法，显著提高了船舶锚泊区域的检测能力和精度，可用于快速有效的检测锚位，高效率利用锚地资源，
填补了船舶单锚泊锚位检测领域的空白。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0009]一种船舶单锚泊智能锚位检测方法，包括下述步骤：
[0010]步骤1：待泊船通过AIS设备获取锚地障碍物信息及现有船舶的船长、船宽、位置信息，现有船舶及障碍物的二维坐标记为(x1,y1)、(x2,y2)...(x
n
,y
n
)，并将相关信息导入到改进船舶锚位圈半径模型，计算出现有船舶的锚泊半径；
[0011]步骤2：通过锚位点转换模型将步骤1的现有船舶及障碍物二维坐标转换为现有锚泊船的锚位点(x
′1,y
′1)、(x
′2,y
′2)...(x
′
n
,y
′
n
)；
[0012]步骤3：将待泊船相关信息及通过电子海图(ECDIS)获取的水深信息导入到改进船舶锚位圈半径模型，计算出本船的锚泊半径；
[0013]步骤4：在步骤1和3的基础上，根据船舶锚位安全间距模型计算出待泊船锚泊安全间距数值；
[0014]步骤5：用Monte
‑
Carlo随机算法随机生成n个二维坐标(x
″1,y
″1)、(x
″2,y
″2)...(x
″
n
,y
″
n
)，模拟目标待泊船锚位点二维坐标；
[0015]步骤6：构建锚泊船锚泊区域检测模型：
[0016][0017]式中，d
n
是船舶安全间距数值，Min(d
n
)是d
n
的最小值，(x
n
,y
n
)是锚地所在平面直角坐标系中现有的船舶或者其他妨碍抛锚作业的物标的位置，点(x
a
，y
a
)是满足锚泊船安全间距D的锚位点；
[0018]步骤7：利用步骤6锚泊船锚泊区域检测模型，对步骤2和5的数据进行逐次运算，获得满足步骤4安全间距数值的待泊船锚位点二维坐标(X1,Y1)、(X2,Y2)...(X
n
,Y
n
)；
[0019]步骤8：如果船舶首部锚机设有位置传感器，则步骤7所得锚位点二维坐标可以作为抛锚点二维坐标，供船舶抛锚使用；
[0020]步骤9：利用落锚点转换模型，将步骤7获得的待泊船锚位点二维坐标转换到船舶的船位点(X
′1,Y
′1)、(X
′2,Y
′2)...(X
′
n
,Y
′
n
)；
[0021]步骤10：将步骤8和步骤9结果发送到电子海图或者相关设备，便于待泊船在此位置进行抛锚作业；待泊船根据工作特点，在相关设备上显示落锚点或者船位点，以供锚泊作业。
[0022]所述改进船舶锚位圈半径模型是：
[0023][0024]式中，R为单锚泊水域系泊半径(m)；S为锚泊出链长度，其根据用户需求可选用不同的锚泊出链长度模型；k为锚链孔距离船舶首尾中心线距离；σ代表船型，σ＝1
‑
1.2，当船舶为普通货船时，σ取下限值，当船舶为油品、液化气和化学品船时，σ取上限值；D
W
为海图水深；D
A
为锚链孔处的船舶型深；d
F
为船舶首吃水；B为船宽；α为船舶纵倾角，从船舶传感器获知；L
S
为船舶首尾长度；L
SA
为船舶锚链孔到船首的长度；ε表示本船定位误差；τ为代表船宽系数，τ＝2
‑
3。
[0025]进一步的，S可取但不限于表1中的各锚泊出链长度模型：
[0026]表1、锚泊出链长度
[0027][0028]其中，H为锚地水深(m)。
[0029]步骤3的待泊船相关信息具体包括：船舶静态参数、GPS/GNSS/BDS位置传感器参数、倾斜仪传感器参数、ECDIS传感器参数、罗经传感器参数、其他传感器参数。
[0030]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.构建改进船舶锚位圈半径模型的方法，其特征在于具体步骤包括：确定本船锚泊半径：R＝L1+L2+L4‑
L5+ε (1)式中，R表示本船锚位圈半径；L1表示锚链的卧底长度；L2表示锚链的悬链水平投影长度；L4表示船舶首尾长度的水平投影长度；L5表示锚链孔到甲板前端的水平投影长度，ε表示本船定位误差；L4＝L
S
×
cosα (2)式中，α为船舶纵倾角，可以从船舶传感器获知；L
S
为船舶首尾长度；L5＝L
SA
×
cosα (3)式中，L
SA
为船舶锚链孔到船首的长度；考虑到锚泊船运动极限情况对锚链的水平投影进行简化：式中，S为锚泊出链长度；k为锚链孔距离船舶首尾中心线距离；D为锚链孔到海底水深；D
W
为海图水深；D
A
为锚链孔处的船舶型深；d
F
为船舶首吃水；确定普通船舶的锚泊半径：考虑到其他船舶在锚地之间穿行需求，为保障锚泊安全，锚泊半径需要预留2
‑
3倍船宽；且考虑危险品船的特性，锚泊半径还要比普通货运锚泊船增加一定的安全余量；因此通用锚泊半径：式中，σ代表船型，σ＝1
‑
1.2，普通货船取下限值，油品、液化气和化学品船根据危险性取上限值；τ代表船宽系数，τ＝2
‑
3；B代表船宽。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于锚泊出链长度模型包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：采用中国标准，并根据模型(6)改进了锚泊船半径模型：式中，R为单锚泊水域系泊半径(m)；L为设计船长(m)；H为锚地水深(m)；k为锚链孔距离船舶首尾中心线距离；σ代表船型，σ＝1
‑
1.2，普通货船取下限值，油品、液化气和化学品船根据危险性取上限值；D
W
为海图水深；D
A
为锚链孔处的船舶型深；d
F
为船舶首吃水；B为船宽；α为船舶纵倾角，可以从船舶传感器获知；L
S
为船舶首尾长度；L
SA
为船舶锚链孔到船首的长度；ε表示本船定位误差；τ为代表船宽系数，τ＝2
‑
3。4.由权利要求1
‑
3任一项所述方法构建得到的改进船舶锚位圈半径模型。5.权利要求4所述改进船舶锚位圈半径模型在船舶抛锚中的应用，其特征在于：船舶包括单锚泊船舶和/或双锚泊船舶。6.建构船舶锚位安全间距模型的方法，其特征在于具体步骤包括：考虑锚泊船在单锚泊停泊状态下持续进行圆周运动，为了避免锚泊船之间的安全干扰，还要充分考虑两锚泊船间距离，当两锚泊船保持同步运动状态，在此状态下两船间距满足公式(8)：式中，Q为两锚泊船间距离；D
S
为两锚泊船锚间距离；R
a
为A船的锚泊半径；R
b
为B船的锚泊半径；L
S2
代表B船的船长；考虑当两锚泊船不能保持同步运动的极端运动动态，此时两锚泊船航向相反、船尾相对，此时两锚泊船处于最危险状态，一旦某船走锚失控就会导致产生碰撞危险；为此两锚泊船在设定锚泊半径时会设定一定的安全余量，在此状态下两船间距满足公式(9)：式中，R
AS
为A船的锚泊安全半径；R
BS
为B船的锚泊安全半径；R
a
为A船的锚泊半径；R
b
为B船的锚泊半径；Q
′
为两锚泊船间安全距离；D
S
′
为两锚泊船锚间安全距离；ΔR
a
为A船的锚泊安全半径余量；ΔR
b
为B船的锚泊安全半径余量；锚泊锚位安全间距模型可进一步推导为公式(10)：式中，σ
a
和σ

【专利技术属性】
技术研发人员：谢斯，尹建川，李荣辉，
申请(专利权)人：浙江欣挪瑞海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：