CN110164185A - 一种基于ais的船舶避碰*** - Google Patents

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阮强强
张淑芳
怀率恒
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    • G08G3/02—Anti-collision systems

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Abstract

本发明公开了一种基于AIS的船舶避碰***，包括AIS***、避碰计算设备和警报终端设备，本***利用现有的AIS通信***，根据船舶的位置、速度和方向，为AIS信息设计船舶避碰算法，在详细分析船舶避碰的行动策略、行动幅度和目标船的会遇态势的基础上建立了风险评估的数学模型，进行了碰撞评估与预警的模拟实验，从避碰计算设备输出计算和实验结果，目标船舶信息以及会遇两船的相对运动信息会以图形化的方式显示，并利用警报终端发出报警信息，辅助驾驶员完成避让动作。本***不仅能实时地显示本船及提供目标船的相关航行信息，辅助驾驶员能够较早地注意到会遇船舶的态势，而且还能及时的为操船人员提供适当的避碰行动方案。

Description

一种基于AIS的船舶避碰***
技术领域
本发明属于船载无线导航领域，具体涉及一种基于AIS的船舶避碰***。
背景技术
及时判断出船舶碰撞的风险是海上安全和管理的重要工作，故船舶避碰***是一个值得深入研究的课题。通过对海难事故的调查与研究已经可以注意到现有导航设备在海事工作中存在着诸多的局限性，因此急需有一套避碰预警***。船载AIS(AutomaticIdentification System)设备是当下船上配备最多的安全助航设备，能够获得船、物和环境的描述信息，已经广泛应用于导航、路线估计、碰撞预测和异常交通检测等领域。但是现有AIS设备在计算概率碰撞时，并没有考虑到会遇两船的速度和航向，并且只能计算出两船会遇的最近点和到达最近点的时间。因为掌握信息的不全面时常对目标船出现误判，而且难以及时告警，难以为驾驶员或者港口管理人员提供可靠合理的避撞方案，因而增加碰撞事故发生的风险，存在明显的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于AIS的船舶避碰***，利用现有的AIS通信***，根据船舶的信息和目标船的信息，建立风险评估的数学模型，目标船舶以及会遇两船的相对运动信息会以图形化的方式显示，并发出报警信息，解决现有AIS***的不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于AIS的船舶避碰***，包括位置固定的两套船载AIS设备，避碰计算设备和警报终端设备，所述避碰计算设备由计算机、显示屏和控制按钮组成，所述的计算机包含按照故意避碰规则设计的避碰算法，可以计算避碰概率，所有在附近的船和船舶会遇态势划分及相应的避碰行动策略都显示在显示屏上，船员据此使用控制按钮操纵船舶；所述警报终端设备包括显示船舶状态的灯组、紧急扬声器***。
所述计算机由通讯模块、解码模块和处理器模块组成，接收信号经过通讯模块，粗略跟踪到输入信号后、通过NMEA.0183变成数字信号；在解码模块中，信号经过解码模块的处理后，就可以知道船舶的位置、速度和方向，经过处理器模块的数据进行相关运算；处理器根据船舶的位置、速度和方向，就可以计算出来本船和目标船的避碰概率，计算结果可以输出至显示屏，并发出报警信息。
所述的灯组和紧急扬声器***通过数据线与计算机连接，所述显示船舶状态的灯组和紧急扬声器***配合使用，依据处理器模块输出的信息做出响应：当碰撞危险级别高时，灯组亮灯，扬声器鸣响；当碰撞危险级别低时，灯组亮灯，扬声器不响；当暂时无碰撞危险时，灯组不亮，扬声器不响。
本发明的有益效果是：利用本发明不仅能够实时地显示本船以及目标船的相关航行信息，辅助驾驶员能够较早地注意到会遇船舶的态势，而且还能利用图形化的显示和与之配合的警报终端设备为操船人员及时地提供适当的避碰行动方案，提升了海上安全预警和航行安全保障能力，有效提高通行效率。
附图说明
图1是本发明的一种基于AIS的船舶避碰***的结构框图；
图2是本发明的计算机组成的结构框图。
图3是本发明的***作业界面。
图中：1、AIS***，2、避碰计算设备，3、警报终端设备，4、船载AIS设备，5、计算机，6、显示屏，7、控制按钮，8、显示状态的灯组，9、紧急扬声器***，10、通讯模块，11、解码模块，12、处理器模块。
具体实施方式
下面，将通过实施例和附图对本发明做进一步解释和说明。
实施例：请参阅图1和图2，一种基于AIS的船舶避碰***，包括位置固定的两套船载AIS设备，避碰计算设备和警报终端设备，所述避碰计算设备由计算机、显示屏和控制按钮组成，所述的计算机包含按照故意避碰规则设计的避碰算法，可以计算避碰概率，所有在附近的船和船舶会遇态势划分及相应的避碰行动策略都显示在显示屏上，船员据此使用控制按钮操纵船舶；所述警报终端设备包括显示船舶状态的灯组、紧急扬声器***。
所述计算机由通讯模块、解码模块和处理器模块组成，接收信号经过通讯模块，粗略跟踪到输入信号后、通过NMEA.0183变成数字信号；在解码模块中，信号经过解码模块的处理后，就可以知道船舶的位置、速度和方向，经过处理器模块的数据进行相关运算；处理器根据船舶的位置、速度和方向，就可以计算出来本船和目标船的避碰概率，计算结果可以输出至显示屏，并发出报警信息。
本***具体处理步骤如下：
1)AIS信号从AIS设备4传到避碰计算设备2，通过通讯模块10NMEA.0183变成数字信号。
2)在解码模块11中，信号经过解码模块11的处理后，就可以知道船舶的位置，速度和方向。
3)计算机5的处理器模块12中，有了必要的参数(位置，速度和方向)之后生成进行设计避碰算法按照故意避碰规则，如下：
CRI＝αDCPAUDCPA+αTCPAUTCPA+αRUR+αΔBUΔB
其中UDCPA、UTCPA、UR、UΔB是隶属函数，分别代表最小会遇距离、最小会遇时间、两船的距离和目标船的方位角。上述参数表示对碰撞概率的影响，每个元素对碰撞风险都有不同的影响。数字αDCPA、αTCPA、αR、αΔB分别表示区间(0,1)的四个权重值，总和为1，表示每个隶属函数对碰撞风险的影响。
目标船的信息和碰撞概率显示在显示屏6。
4)警报终端设备3根据显示在显示屏6上的碰撞概率决定警报，分为不同警告级别，如果遇到将要碰撞的紧急情况，显示状态的灯组8操作灯会亮起合并哨声响起；然后船员根据情况按照海上避碰规则决定行动。
(1)船舶碰撞情况模拟与计算碰撞概率的结果
下表表示的是会遇态势划分表
在上表中，十个案例对应于十个遇到的情况。依据两船之间的距离大小和两船之间的速度比，通过CRI评估碰撞概率大小。
在现有的AIS设备中，主要使用DCPA和TCPA来计算避碰概率，当两船在同一航道行驶时，无论两船相距多远，DCPA始终为零，这代表着马上将要碰撞了，这很明显是不准确的。
以上表中的例3和例4为例来说明本发明的算法的优越性，例3和例4的碰撞情况模拟的结果都是左交叉，但是例4似乎比例3的情况危险得多，因为例4中目标船距离碰撞点0.8716海里，比例3中的7.2505海里近得多。可是在具体计算时，综合考虑到速度、航向和方位角的影响，例3中预计到达碰撞点的时间为0.2254小时，而例4中预计到达碰撞点的时间为0.7663小时。通过计算CRI证明了例3的碰撞危险性大于例4，说明了该算法综合了各种因素，具有更高的科学性和准确度。
(2)船舶AIS终端设备接收信号的图形化显示
在附图3的例子中，我们看到界面分为4个主要部分：
-左侧显示了船舶相对于目标船位置；
-右上显示了目标船的参数；
-右侧中间显示了端口连接方法，并且可以测试新闻；
-右下侧显示所有附近的目标船，主要参数为MMSI，CRI和更新信息的时间。
船员根据上述显示屏6的信息，结合灯组亮灯情况和扬声器***的告警，及时调整驾驶策略，操作控制按钮7调整船舶姿态，安全避让目标船。

Claims (3)

1.一种基于AIS的船舶避碰***，包括位置固定的两套船载AIS设备（4）组成的AIS***（1），其特征在于：还包括避碰计算设备（2）和警报终端设备（3），所述避碰计算设备（2）由计算机（5）、显示屏（6）和控制按钮（7）组成，在计算机（5）包含按照故意避碰规则设计的避碰算法，可以计算避碰概率，所有在附近的船和船舶会遇态势划分及相应的避碰行动策略都显示在显示屏（6）上，船员据此使用控制按钮（7）操纵船舶；所述警报终端设备（3）包括显示船舶状态的灯组（8）、紧急扬声器***（9），两者通过数据线与计算机（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于AIS的船舶避碰***，其特征在于：所述的计算机（5）由通讯模块（10）、解码模块（11）和处理器模块（12）组成；接收信号经过通讯模块（10），粗略跟踪到输入信号后，通过NMEA.0183的信号变成数字信号，在解码模块（11）中，信号经过解码模块（11）的处理后，就可以知道船舶的位置、速度和方向，经过处理器模块（12）的数据进行相关运算，处理器根据船舶的位置、速度和方向，就可以计算出来本船和目标船的避碰概率，从而实现***的目标船舶信息以及会遇两船的相对运动信息以图形化的方式显示在显示屏（6）上。
3.根据权利要求1所述的一种基于AIS的船舶避碰***，其特征在于：所述显示船舶状态的灯组（8）和紧急扬声器***（9）配合使用，依据处理器模块（12）输出的信息做出响应：当碰撞危险级别高时，灯组（8）亮灯，扬声器鸣响；当碰撞危险级别低时，灯组（8）亮灯，扬声器不响；当暂时无碰撞危险时，灯组（8）不亮，扬声器不响。
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