緩解措施和措施采取時(shí)間。
[0111] 5. 5.1)避讓措施
[0112] 當(dāng)拖帶系統(tǒng)存在航行風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出安全風(fēng)險(xiǎn)警報(bào)，并給出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)緩 解措施供駕駛員參考。
[0113] 通常采取的避讓措施應(yīng)滿足以下避讓原則：1)變向在30°以上；2)速度變化在原 來的1/2以上。同時(shí)考慮相應(yīng)的國際海事避碰規(guī)則，通?？梢酝ㄟ^以下避讓措施來消除航 行風(fēng)險(xiǎn)：1)改向；2)變速；3)改向與變速相結(jié)合。具體避讓措施要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選取。
[0114] 5. 5. 2)避讓時(shí)間
[0115] 確定最晚采取避讓措施的臨界時(shí)刻t。，在臨界時(shí)刻t。之前采取相應(yīng)的避讓措施， 即采取措施時(shí)刻t應(yīng)滿足t<t。。
[0116] 5. 5. 3避讓效果檢驗(yàn)
[0117] 對(duì)于避免碰撞，重新計(jì)算在采取避讓措施后拖船或/和被拖帶筒型平臺(tái)與他船之
Vlj為兩船的相對(duì)速度，所采取的避讓措施的避讓效果應(yīng)滿足DCPA多Dsafe，TCPA多Tsafe，其 中Dsaff3為船舶之間的最小安全會(huì)遇距離，一般取2nmile，Tsaf(；船舶之間的最小安全會(huì)遇時(shí)
否滿足KC多kc。，kc。為最小富余水深值，一般結(jié)合實(shí)際船舶和港口要求確定。
[0118] 5. 6拖帶系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警流程
[0119] 預(yù)警的基本思想是先預(yù)測(cè)，再進(jìn)行警情判別，最后預(yù)警。在預(yù)警流程中，航跡預(yù)測(cè) 和警情的判斷是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0120] 步驟1 :要實(shí)現(xiàn)對(duì)航行中的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)警，首先需要實(shí)時(shí)獲取船舶航行 狀態(tài)以及通航環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以通過②獲得任一時(shí)刻拖帶系統(tǒng)中拖船和被拖平臺(tái)的實(shí) 時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來描述在n時(shí)刻每個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量的值，包括位置、速度、航向、加速度，即X(n)= [x(n),y(n),vx (n),vy (n),ax (n),ay (n) ]T；
[0121] 步驟2 :然后對(duì)船舶航跡進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，不斷的重復(fù)③中的步驟I~5進(jìn)行計(jì)算， 這樣基于卡爾曼濾波算法的軌跡預(yù)測(cè)模型就可以自回歸的運(yùn)算下去，可以不斷得到下一時(shí) 刻拖帶系統(tǒng)船舶的預(yù)測(cè)狀態(tài)值，包括位置、速度、航向信息；
[0122] 步驟3 :從①構(gòu)建的拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取得到研究水域航道環(huán)境、船舶交通流 等信息，再根據(jù)航跡預(yù)測(cè)的結(jié)果判斷是否存在警情，最后根據(jù)判別的結(jié)果給出預(yù)警信息。 結(jié)合5. 1~5. 3確定的預(yù)警范圍、預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警條件，確定拖帶系統(tǒng)是否存在碰撞、擱淺 等風(fēng)險(xiǎn)；
[0123] 步驟4:如果判斷得到拖帶系統(tǒng)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音及燈光等報(bào) 警信息，直到駕駛員確認(rèn)收到報(bào)警信息并采取措施使得航行風(fēng)險(xiǎn)消除后，警報(bào)解除。若判斷 得到拖帶系統(tǒng)不存在安全風(fēng)險(xiǎn)，則將此時(shí)刻的拖帶系統(tǒng)航行狀態(tài)信息作為初始值，帶入下 一步計(jì)算。
[0124] 5. 7預(yù)警子系統(tǒng)在整個(gè)任務(wù)執(zhí)行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控所有任務(wù)設(shè)備的運(yùn)行狀況，包括 拖船、被拖筒型平臺(tái)、拖纜、信息采集傳感器以及通信設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)任務(wù)設(shè)備出現(xiàn)故 障時(shí)，例如纜繩受力過大、數(shù)據(jù)傳輸中斷等，發(fā)出聲音和燈光警報(bào)，當(dāng)任務(wù)設(shè)備故障消除后， 警報(bào)解除。
[0125] 以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依 據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于：它包括： 信息采集模塊，用于采集水域航道環(huán)境、船舶交通流、水文氣象、拖帶系統(tǒng)拖船和被拖 筒型平臺(tái)航行狀態(tài)及任務(wù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫； 信息傳輸模塊，用于建立基于各種通信模式的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)，制定自適應(yīng)的數(shù)據(jù)交互和通 信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)不同類型通信模式的切換，為其它模塊之間在不同工作模式、不同工作環(huán)境下 的信息交互提供傳輸通道； 拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，基于MMG理論 構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)船舶運(yùn)動(dòng)模型，并進(jìn)一步采用卡爾曼濾波算法構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系 統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)船舶軌跡預(yù)測(cè)，得到筒形平臺(tái)拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè) 信息； 可視化模塊，用于將筒形平臺(tái)拖帶系統(tǒng)軌跡信息與電子海圖/電子江圖坐標(biāo)信息相匹 配，實(shí)現(xiàn)筒形平臺(tái)拖帶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)可視化； 預(yù)警模塊，包括航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警子模塊和任務(wù)設(shè)備故障告警子模塊；其中航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警 子模塊用于從筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取水域航道環(huán)境、船舶交通流信息，結(jié)合實(shí)際 情況確定預(yù)警范圍，設(shè)定預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警條件和預(yù)警方式，并確定預(yù)警流程，依據(jù)拖帶系統(tǒng) 軌跡預(yù)測(cè)信息進(jìn)行航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，當(dāng)拖帶系統(tǒng)出現(xiàn)航行風(fēng)險(xiǎn)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)；任務(wù)設(shè)備故 障告警子模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控所有任務(wù)設(shè)備的運(yùn)行狀況，包括拖船、被拖筒型平臺(tái)、拖纜、信 息采集傳感器以及通信設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)任務(wù)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于：所 述的信息采集模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)融合單元；其中數(shù)據(jù)采集單元用 于利用傳感器采集原始數(shù)據(jù)；預(yù)處理單元用于將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，構(gòu)成筒型平臺(tái)拖 帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)融合單元用于將筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類和打 包。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于： 所述的水域航道環(huán)境包括航道長cl、寬cw、水深cd，通過電子海圖/電子江圖、雷達(dá)、測(cè)深 儀獲得；船舶交通流信息包括船舶位置（x，y)、速度V、航向9，通過AIS、雷達(dá)獲得；水文氣 象信息包括航道水域風(fēng)《、浪c、流f，通過氣象儀、風(fēng)速計(jì)、計(jì)程儀測(cè)量獲得；拖帶系統(tǒng)拖船 和被拖筒型平臺(tái)航行狀態(tài)信息包括船舶位置（X，Y)、速度V、航向S，通過MEMS傳感器、AIS 獲得。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于：所 述的拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模塊構(gòu)建船舶運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，是在考慮拖帶系統(tǒng)水平面運(yùn)動(dòng)中的橫 蕩、縱蕩和艏搖三自由度運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合通航環(huán)境信息，基于MMG理論進(jìn)行構(gòu)建的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于：所 述的拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模炔基于卡爾曼濾波算法構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模型，根 據(jù)筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，以最小均方差為準(zhǔn)則估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，其特征在于：所 述的航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊的預(yù)警范圍分為：碰撞事故、擱淺事故和其他事故；所述的預(yù)警指 標(biāo)根據(jù)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警范圍確定，對(duì)于碰撞事故，將最近會(huì)遇距離、最近會(huì)遇時(shí)間進(jìn)行加權(quán)綜 合作為預(yù)警指標(biāo)；對(duì)于擱淺事故及其他事故風(fēng)險(xiǎn)，選取富裕水深邊界值作為預(yù)警指標(biāo)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種筒型平臺(tái)拖帶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及可視化系統(tǒng)，包括信息采集模塊，構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；信息傳輸模塊；拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模塊，基于MMG理論構(gòu)建拖帶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型，并進(jìn)一步采用卡爾曼濾波算法構(gòu)建筒型平臺(tái)拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)拖帶系統(tǒng)船舶軌跡預(yù)測(cè)，得到拖帶系統(tǒng)軌跡信息；可視化模塊將拖帶系統(tǒng)軌跡信息與電子海圖/電子江圖坐標(biāo)信息相匹配，實(shí)現(xiàn)拖帶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)可視化；預(yù)警模塊，包括航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警子模塊和任務(wù)設(shè)備故障告警子模塊。本發(fā)明能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)拖帶系統(tǒng)航行軌跡，對(duì)可能存在的航行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的識(shí)別、預(yù)警并給出最優(yōu)的風(fēng)險(xiǎn)緩解操作措施以供參考，同時(shí)當(dāng)任務(wù)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，從而保障拖帶系統(tǒng)的安全。
【IPC分類】G08G3/00
【公開號(hào)】CN105070101
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510422397
【發(fā)明人】文元橋, 杜磊, 張康賀, 蔡永慶, 吳博, 周春輝, 肖長詩
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日