【技术实现步骤摘要】
本申请涉及桥梁防撞，尤其是涉及一种桥梁防船撞预警方法及系统。
技术介绍
1、随着航运业的发展，海上船舶的数量和交通密度正在增加，可能会发生船舶撞击桥梁的事故。造成船舶撞击桥梁主要有两种原因：一是船舶由于超高而撞击通航桥的桥跨结构；二是船舶由于偏航撞击通航桥的支撑结构。因此，业内逐渐的采用布置船舶防撞预警系统以避免事故的发生，船舶防撞预警系统能够自动采集船舶ais数据并进行智能分析判断，系统会自动播发预警信息，以尽快采取纠正措施，防止船舶碰撞桥梁的事件发生。如公开号为cn115294458a的中国专利技术申请所示，利用摄像头对采集到的船只数据进行标注并建立目标识别的深度学习模型，基于船只位置和桥下危险位置对船只是否超限进行判别，船只超限特征点为船只最高点、最左或最右点，当超限特征点进入危险区域，则说明该船只超限，需要对该船只采用相应的预警方案。
2、虽然上述预警系统和方法能够判断船舶是否超限，但是该方法主要依靠图像采集设备，通过图像采集设备得到的船舶超限特征点具有一定的误差，影响预警系统预测结果的准确性；并且图像采集设备需要船舶距离桥梁越近，图像越清晰，预测结果越准确，然而，船舶距离桥梁越近，船舶能够采取的纠正措施越少，船舶可能无法转弯或掉头，因此，该方法预测结果的及时性较差。另外，在实际海洋环境中，船舶会受到水流和波浪的影响，导致船舶会不断产生六自由度运动，即纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇以及艏摇。如果船舶航行到桥梁通航孔，船舶在波峰附近产生六自由度运动，则在通航孔内的船舶仍有可能与桥梁发生撞击，即通航孔内的船舶在垂荡
技术实现思路
1、本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述
技术介绍
中至少一个缺陷的桥梁防船撞预警方法。
2、本申请的另一个目的在于提供一种能够解决上述
技术介绍
中至少一个缺陷的桥梁防船撞预警系统。
3、为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种桥梁防船撞预警方法，包括如下步骤：
4、s100：基于海域至跨海桥梁距离定义远场海域和近场海域，对远场海域进行风险区域划分并获取近场海域的通航数据；
5、s200：对远场海域和近场海域进行实时监测，获取船舶的静态数据、动态数据和图像数据，以及跨海桥梁每个通航孔内的波流信息；
6、s300：基于势流理论建立非线性时域数值模型，将步骤s200监测的数据信息输入到模型中，进而对远场海域船舶在近场海域波流作用下的运动响应情况进行实时预测；
7、s400：根据步骤s300的实时预测结果，结合步骤s100的通航数据和步骤s200的船舶图像数据，对船舶在每个通航孔内是否存在异常行为进行预测；基于预测的结果结合船舶所处的风险区域发送相应程度的预警信息。
8、优选的，步骤s300中对非线性时域数值模型的建立包括如下过程：
9、s310：将步骤s200中获取的航速定义为反向流速，将反向流速的流向和流速与步骤s200中获取的每个通航孔内的水流流向和流速进行结合以定义为广义流速；
10、s320：将获取的广义流速、步骤s200中船舶的状态数据以及通航孔的环境数据输入非线性时域数值模型中；利用拉普拉斯方程计算得到计算域内关于流体运动速度分布和变化情况的速度势函数；
11、s330：设定边界条件以求解速度势函数。
12、优选的，步骤s330中求解的速度势函数的表达式为：
13、；
14、其中，t表示时间，表示流体的速度势函数，x表示大地坐标轴方向，表示哈密顿算子，u表示广义流速，g表示重力加速度，ζ表示水面波流高度，sf表示自由水面。
15、优选的，在步骤s330中，边界条件包括自由水面条件、物面条件、底面条件以及辐射条件；其中，自由水面条件为：设定自由水面的液面压力值与大气压相等，且水质子不能离开自由水面；物面条件为：设定船舶湿表面不可穿透；底面条件为：设定被监测的海域底部没有法向运动速度；辐射条件为：设定远场海域边界位置只有向外传播的波浪，辐射条件适于采用sommerfeld散射条件。
16、优选的，在步骤s300中，基于非线性时域数值模型的求解进行船舶预测包括如下过程：
17、s340：通过伯努利方程将求解的速度势函数转化为计算域内的压力分布函数，对压力分布函数在船舶湿表面上进行积分以得到船舶所承受的非线性波流荷载；
18、s350：将步骤s200中获得的风速和风向转化为作用在船舶上的等效荷载，将等效荷载与非线性波流荷载进行结合形成船舶所承受的荷载；
19、s360：基于牛顿第二定律，结合船舶所承受的荷载建立船舶的运动方程；
20、s370：基于四阶龙格-库塔法对运动方程进行时间步进，从而对远场海域船舶在近场海域波流作用下的运动响应情况进行实时预测。
21、优选的，在步骤s340中，船舶所承受的荷载包括船舶所承受的力fi和船舶所承受的力矩mi，力fi和力矩mi的具体表达式如下：
22、；
23、；
24、其中，i，j和k表示三个坐标轴方向的向量，m表示船舶的质量，s表示船舶湿表面，ds表示无限小的面元，εijk表示ricci运算符号，(xg)j表示转动中心到船舶重心的垂直距离，(xg)j=(xrot)j-(xcg)j，(xrot)j和(xcg)j分别表示转动中心和船舶重心的坐标，p表示压力分布函数，rj表示船舶湿表面的点至其转动中心的向量。
25、优选的，在步骤s360中，船舶运动方程的表达式如下：
26、；
27、；
28、；
29、；
30、；
31、；
32、其中，f1、f2和f3分别表示船舶在三个坐标轴方向上受到的力，m1、m2和m3分别表示船舶在绕三个坐标轴方向上受到的力矩，i1、i2和i3分别表示船舶在三个坐标轴方向上相对转动中心的转动惯量，v1表示纵荡线速度，v2表示横荡线速度，v3表示垂荡线速度，ω1表示纵摇角速度，ω2表示横摇角速度，ω3表示艏摇角速度，、和分别表示v1、v2和v3对时间的导数，、和分别表示ω1、ω2和ω3对时间的导数。
33、优选的，在步骤s100中，远场海域划分的风险区域由远至近依次为系统识别区、三级预警区、二级告警区以及一级报警区；近场海域为跨海桥梁的多个通航孔区域；其中，以跨海桥梁的通航孔为起点，一级报警区的范围为当前海域所能行驶的船舶最小旋回制动距离位置；二级告警区的范围为当前海域所能行驶的船舶的平均旋回制动距离；三级预警区的范围为1.5倍的当前海域所能行驶的船舶的平均旋回制动距离；系统识别区的范围为2~2.5倍的当前海域所能行驶的船舶的平均旋回制动距离。
34本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种桥梁防船撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，步骤S300中对非线性时域数值模型的建立包括如下过程：
3.如权利要求2所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，步骤S330中求解的速度势函数的表达式为：
4.如权利要求2所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S330中，边界条件包括自由水面条件、物面条件、底面条件以及辐射条件；
5.如权利要求2-4任一项所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S300中，基于非线性时域数值模型的求解进行船舶预测包括如下过程：
6.如权利要求5所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S340中，船舶所承受的荷载包括船舶所承受的力Fi和船舶所承受的力矩Mi，力Fi和力矩Mi的具体表达式如下：
7.如权利要求5所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S360中，船舶运动方程的表达式如下：
8.如权利要求1所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S100中，远场海域划分的风险区域由远至近依次
9.如权利要求1所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤S200中，船舶的静态数据包括船名、呼号、船舶类型、船舶尺寸、船舶载重以及船舶质量，动态数据包括位置信息、船首向、航行轨迹和航速；通航孔内的波流信息包括水深、波浪周期、波高、流速、水流流向、风速和风向。
10.一种用于实施权利要求1-9任一项所述的桥梁防船撞预警方法的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种桥梁防船撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，步骤s300中对非线性时域数值模型的建立包括如下过程：
3.如权利要求2所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，步骤s330中求解的速度势函数的表达式为：
4.如权利要求2所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤s330中，边界条件包括自由水面条件、物面条件、底面条件以及辐射条件；
5.如权利要求2-4任一项所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤s300中，基于非线性时域数值模型的求解进行船舶预测包括如下过程：
6.如权利要求5所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤s340中，船舶所承受的荷载包括船舶所承受的力fi和船舶所承受的力矩mi，力fi和力矩mi的具体表达式如下：
7.如权利要求5所述的桥梁防船撞预警方法，其特征在于，在步骤s360中，船舶运动方程的表达式如下：
【专利技术属性】
技术研发人员：李澍，应国刚，金恒，高松，姚源彬，顾婕，
申请(专利权)人：宁波朗达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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