申请/专利权人：宁波大学

申请日：2023-11-28

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117829582A

主分类号：G06Q10/0635

分类号：G06Q10/0635;G06Q50/40;G08G3/02

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.23#实质审查的生效;2024.04.05#公开

摘要：本发明公开了一种基于AIS数据的警戒区通航安全风险评估方法，根据多边形警戒区的各顶点和边在多边形警戒区外划定与其各边平行且面积为多边形警戒区1.5‑2倍的多边形区域A，基于多边形区域A的各顶点位置提取参考天在多边形区域A通航的所有船舶的AIS数据，对船舶的AIS数据进行预处理和按照一分钟的间隔进行插值重采样得到船舶的插值AIS数据，进而得到船舶的轨迹数据，然后判断该多边形警戒区内船舶通航情况，采用编码记录，最后引入船舶密度、船舶会遇态势、船舶长度作为多边形警戒区通航安全风险评估指标，基于编码结果得到多边形警戒区的通航安全风险值；优点是能全面评估警戒区全部时刻的通航风险，评估结果具有较高的准确度。

主权项：1.一种基于AIS数据的警戒区通航安全风险评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将当前需要进行风险评估的多边形警戒区的顶点数量记为n，即该多边形警戒区为n边形，具有n条边，选取多边形警戒区的任意一个顶点作为其起始点，从该顶点开始，按顺时针或逆时针依次对多边形警戒区的n个顶点从1到n进行编号，将编号为i的顶点称为其第i个顶点，获取多边形警戒区的各顶点的位置信息，从而确定多边形警戒区所处位置，将多边形警戒区的第i个顶点的位置信息记为PiLati，Longi，i＝1,2,…,n，其中Lati为多边形警戒区的第i个顶点的纬度，Longi为多边形警戒区的第i个顶点的经度；步骤2：在多边形警戒区外围划定将多边形警戒区包括在内的多边形区域A，多边形区域也为具有n条边的n边形，其顶点数量也为n个，且该多边形区域A的n条边与多边形警戒区的n条边一一对应平行，多边形区域A的面积为多边形警戒区的面积的1.5-2倍，选取多边形区域A的任意一个顶点作为其起始点，从该顶点开始，按顺时针或逆时针依次对多边形区域A的n个顶点从1到n进行编号，将编号为j的顶点称为其第j个顶点，获取多边形区域A的各顶点的位置信息，从而确定多边形区域A所处位置，将多边形区域A的第j个顶点的位置信息记为QjQatj，Qongj，j＝1,2,…,n，其中Qatj为多边形区域A的第j个顶点的纬度，Qongj为多边形区域A的第j个顶点的经度；步骤3：从船讯网中提取自评估日起近一个月内，任意从0点开始至24点的完整一天在多边形区域A通航的所有船舶的AIS数据，将该从0点开始至24点的完整一天称为参考天，将参考天在多边形区域A通航的船舶数量记为m，其中，每条船舶的AIS数据分别包括水上移动业务标识码MMSI、多个AIS时间以及每个AIS时间下的船舶位置纬度、船舶位置经度、船舶对地速度以及船舶对地航向；每条船舶的某个AIS时间下的船舶位置纬度和船舶位置经度构成该条船舶在该个AIS时间下的船舶位置；对所提取得到的m条船舶的AIS数据分别进行预处理，具体为：先分别判断每条船舶是否存在以下三种情况：在不同的AIS时间下的船舶位置相同、至少一个AIS时间下的船舶对地速度小于2节以及水上移动业务标识码MMSI不是9位数，然后将存在上述三种情况中的至少一种的船舶的AIS数据删除；统计预处理之后剩余的船舶的AIS数据数量，将其数量记为l，即预处理后还剩余l条船舶的AIS数据，将该l条船舶的AIS数据分别按照一分钟的时间戳进行插值重采样，得到l条船舶的插值AIS数据，此时，每条船舶的插值AIS数据包括水上移动业务标识码MMSI、多个AIS时间以及每个AIS时间下的船舶位置纬度、船舶位置经度、船舶对地速度以及船舶对地航向，且每个AIS时间均为整数，对应为参考天中第1分钟、第2分钟、第3分钟、…、第1440分钟这1440个分钟时刻中的某一个；每条船舶的插值AIS数据即为该条船舶的轨迹数据；步骤4：按照l条船舶进入多边形区域A的时间先后顺序，采用1至l依次对l条船舶进行编号，将编号为k的船舶称为第k条船舶，k＝1,2,…,l，如果编号时存在两条或者两条以上船舶进入多边形区域A的时间相同，则这些船舶的编号先后顺序随机确定；建立AIS数据存储表，AIS数据存储表具有l个数据单元，数据单元序号从1至l，每个数据单元均设置有用于填写数据单元序号的数据单元序号栏、用于填写AIS时间的多个AIS时间栏、用于填写水上移动业务标识码的水上移动业务标识码栏和用于填写船舶长度的船舶长度栏，每个AIS时间栏下均设置有用于填写船舶位置纬度的船舶位置纬度栏、用于填写船舶位置经度的船舶位置经度栏、用于填写船舶对地速度的船舶对地速度栏以及用于填写船舶对地航向的船舶对地航向栏；将数据单元序号1至l一一对应填写到l个数据单元的数据单元序号栏中，其中，数据单元序号栏中填写k的数据单元称为第k个数据单元，将l条船舶中第k条船舶的轨迹数据对应填入第k个数据单元中；步骤5：根据每条船舶的插值AIS数据中每一个AIS时间下的船舶位置经度和船舶位置纬度得到该条船舶在每个AIS时间下的船舶位置，将该条船舶的插值AIS数据中所有AIS时间下的船舶位置按照AIS时间先后顺序依次进行连接，形成该条船舶的船舶轨迹；步骤6：为l条船舶中每条船舶分别设置一个1440位编码，根据第k条船舶的船舶轨迹判断第k条船舶在参考天的第g分钟是否在多边形警戒区内，其中多边形警戒区内指的是其n条边所处位置以及其n条边围成区域，如果在，则将第k条船舶的1440位编码的第g位赋值为1，否则赋值为0，其中g＝1,2,…,1440；由此得到l条船舶中每条船舶的1440位编码，共计得到l个1440位编码；步骤7：将参考天的第g分钟位于多边形警戒区内的船舶数量作为多边形警戒区在参考天的第g分钟的船舶密度，记为Dg，将多边形警戒区在参考天的第g分钟的船舶密度风险因子记为RiskDg，统计l个1440位编码中第g位为1的数量，该数量即为Dg的取值，按照以下规则对RiskDg进行赋值：如果Dg＝0，RiskDg取值为0；如果Dg＝1，RiskDg取值为1；如果Dg＝2，RiskDg取值为2；如果Dg＝3，RiskDg取值为3；如果Dg≥4，RiskDg取值为4；步骤8：设定参考天的第g分钟在多边形警戒区内船舶的追越会遇态势数量为tg，对遇会遇态势数量为eg，交叉相遇会遇态势数量为cg；判断Dg是否小于等于1，如果Dg小于等于1，令直接令tg、cg、eg取值均为0；如果Dg不小于等于1时，则按照以下步骤进行处理：S8.1、对Dg条船舶中的每任意两条船舶分别按照如下规则进行判断：将任意两条船舶中，船舶对地航向较大的船舶记为船舶t，船舶对地航向较小的船舶记为船舶s，将船舶t的船舶对地航向记为COGt，船舶s的船舶对地航向记为COGs，其中船舶对地航向以度为单位表示；如果0°≤COGt-COGs≤67.5°或292.5°COGt-COGs≤360°，则认为该任意两条船舶状态为追越会遇态势，即当前判断结果为追越会遇态势；如果67.5°＜COGt-COGs≤174°或186°COGt-COGs≤292.5°，则认为该任意两条船舶状态为交叉相遇会遇态势，即当前判断结果为交叉相遇会遇态势；如果174°＜COGt-COGs≤186°，则认为该任意两条船舶状态为对遇会遇态势，即当前判断结果为对遇会遇态势；S8.2、在Dg条船舶中的每任意两条船舶均按照步骤S8.1完成判断后，得到个判断结果，对所有判断结果中追越会遇态势数量、对遇会遇态势数量以及交叉相遇会遇态势数量分别进行统计，得到追越会遇态势数量tg、对遇会遇态势数量eg和交叉相遇会遇态势数量cg；步骤9：将参考天的第g分钟多边形警戒区内船舶的追越风险因子记为RiskTg、对遇风险因子记为RiskEg、交叉风险因子记为RiskCg、总会遇态势风险值记为RISKg；按照以下规则分别对RiskTg、RiskEg、RiskCg进行赋值，并采用式1计算得到RISKg：如果Dg＝0或Dg＝1，则令RiskTg、RiskEg、RiskCg取值均为0；如果Dg≥2，则令RiskTg取值为1、RiskEg取值为2、RiskCg取值为3；RISKg＝tg*RiskTg+eg*RiskEg+cg*RiskCg1步骤10：将l条船舶中第k条船舶的船舶长度记为Lk，将l条船舶的船舶长度之和记为L，将l条船舶的平均船舶长度记为将参考天的第g分钟位于多边形警戒区内船舶的船舶长度之和记为Lg、船舶长度风险因子记为RiskLg，先采用式2和式3分别计算得到L和然后获取l个1440位编码中第g位为1的1440位编码，获取这些第g位为1的1440位编码对应的船舶的船舶长度，计算得到这些船舶的船舶长度之和Lg，接着按照以下规则对RiskLg进行赋值： 如果Lg＝0，令RiskLg取值为0；如果令RiskLg取值为1；如果令RiskLg取值为2；如果令RiskLg取值为3；如果令RiskLg取值为4；如果令RiskLg取值为5；如果令RiskLg取值为6；步骤11：将参考天的第g分钟的通航安全风险值记为RiskPAg；步骤12：采用式4对RiskDg、RISKg、RiskLg进行线性组合，计算得到RiskPAg：RiskPAg＝0.5*RiskDg+0.3*RISKg+0.2*RiskLg4步骤13：将多边形警戒区通航安全风险值记为RiskPA，采用式5计算RiskPA 步骤14：按照以下标准判断警戒区通航安全风险，具体为：如果0≤RiskPA≤3096，则判定警戒区通航风险为低风险；如果3096＜RiskPA≤6192，则判定警戒区通航风险为中风险等级；如果6192＜RiskPA≤9288，则判定警戒区通航风险为中高风险等级；如果9288＜RiskPA≤12384，则判定警戒区通航风险为中高风险等级；如果RiskPA＞12384，则判定警戒区通航风险为特高风险等级。

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百度查询： 宁波大学 一种基于AIS数据的警戒区通航安全风险评估方法

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