一种紧迫危险下船舶应急避碰行动效果的仿真评价方法与流程

本发明属于海事仿真领域，具体涉及一种紧迫危险下船舶应急避碰行动效果的仿真评价方法。

背景技术：

根据《1972年国际海上避碰规则》，一般将船舶避碰分为自由行动、碰撞危险、紧迫局面和紧迫危险等四个阶段。目前国内外较多的研究集中在前三个阶段，通过假定两船能够很好的实现协同配合，可以很好的实现船舶避碰仿真。然而对于第四个阶段即紧迫危险的研究很少，这是由于紧迫危险下船舶的应急行动是为了减少船舶的损失，其行动效果评价不能以船舶是否安全避让为标准，其效果会受到外部环境、两船的相对位置和距离、初始会遇角度等多重因素的影响。

在实际中，由于受到前述的多重因素影响以及船舶离岸作业的特点，往往很难采用实船实验的方法来提高人员在紧迫局面下的应急能力。仿真技术则提供了一种新的思路，由于仿真技术具有测试成本低、安全性能高、操作难度低、组织难度小等优点而被广泛应用于船舶操纵模拟，但是目前对于人员在紧迫局面下的应急行动，目前尚未有较好的且能够定量评价的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种紧迫危险下船舶应急避碰行动效果的仿真评价方法，能够对人员在应急行动时的效果进行定量评价。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种紧迫危险下船舶应急避碰行动效果的仿真评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：

s1、建立船舶操纵三维仿真模型，并根据设定情景设置初始化外部环境参数，初始化外部环境参数包括碰撞船舶参数、被撞船舶参数和情景参数；

s2、开展船舶驾驶人员碰撞事故应急处置演练，并采集船舶驾驶人员在应急处置中的相关参数信息；

s3、根据外部环境的条件以及应急操纵的效果，实现应急行动效果的整体仿真评价结果；具体为：根据情景参数，确定设定情景的难度系数；根据船舶初始的参数信息和碰撞前的参数信息，确定应急操纵效果的评价参数；确定应急操纵的评价效果，乘以设定情景的难度系数，得到应急行动效果的整体仿真评价结果；

s4、根据应急避碰行动中存在的问题，提出相应的改进方案。

按上述方案，所述的s1中，利用虚拟现实技术建立三维船舶模型、三维自然环境模型和三维港口环境模型，实现三维仿真环境的初始化；

所述的碰撞船舶参数包括：碰撞船舶初始速度碰撞船舶初始航向碰撞船舶最大停船距离通过船舶性能参数表获得；

所述的被撞船舶参数包括：被撞船舶初始速度被撞船舶初始航向被撞船舶最大停船距离通过船舶性能参数表获得；

所述的情景参数包括：风速vw，单位为蒲氏风级；水流vc，单位为m/s；两船距离s，单位为m，且

按上述方案，所述的s2中，所述采集的相关参数信息包括：碰撞船舶碰撞时的速度碰撞时的航向被撞船舶碰撞时的速度被撞时的航向被撞船舶的位置rl，rl为0到1的实数，表示以船尾为原点，向船首延伸的归一化后长度。

按上述方案，所述的s3具体包括以下步骤：

3.1、获取设定情景的难度系数：

根据情景参数，确定设定情景的难度系数hardness为：

3.2、根据船舶初始的参数信息和碰撞前的参数信息，确定应急操纵效果的评价参数：

应急行动中船舶相对速度的减少量rs，表示为：

其中初始相对速度表示为：

应急避碰行动后相对速度表示为：

应急行动后船舶碰撞的角度α为0到90的实数，单位为度，表示为：

3.3、确定应急操纵的评价效果anticollision：

3.4、确定应急行动效果的整体仿真评价结果emergency：

emergency＝hardness×anticollision。

按上述方案，所述的s4提供应急行动效果的整体仿真评价结果与改进方案的对应关系：

当0≤anticollision≤0.4时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果较差，船舶应尽量减少碰撞时的速度和角度，同时应尽量避免碰撞它船船尾”；

当0.5≤anticollision＜0.8时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果较好，但仍应减少碰撞时的速度和角度，同时尽量碰撞它船船首”；

当anticollision≥0.8时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果很好”。

本发明的有益效果为：利用三维仿真模型及设置的各项参数，定量的计算设置评价参数和评价效果，并根据评价效果指定相应的改进方案，从而对人员在应急行动时的效果进行定量评价，对于提高船员在紧迫局面下的应急行动能力具有很好的帮助。

附图说明

图1为本发明一实施例的方法流程图。

图2为本发明一实施例对于船舶碰撞位置的划分图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种紧迫危险下船舶应急避碰行动效果的仿真评价方法，如图1所示，它包括以下步骤：

s1、建立船舶操纵三维仿真模型，并根据设定情景设置初始化外部环境参数，初始化外部环境参数包括碰撞船舶参数、被撞船舶参数和情景参数。利用虚拟现实技术建立三维船舶模型、三维自然环境模型和三维港口环境模型，实现三维仿真环境的初始化；

所述的碰撞船舶参数包括：碰撞船舶初始速度碰撞船舶初始航向碰撞船舶最大停船距离该距离为一固定值，不同船舶其值不同，通过船舶性能参数表获得；

所述的被撞船舶参数包括：被撞船舶初始速度被撞船舶初始航向被撞船舶最大停船距离该距离为一固定值，不同船舶其值不同，通过船舶性能参数表获得；

所述的情景参数包括：风速vw，单位为蒲氏风级，是0到9的整数；水流vc，单位为m/s，是0到2.5的实数；两船距离s，单位为m，由于两船是应急处置，因此应小于两船最大停船距离之和，即

s2、开展船舶驾驶人员碰撞事故应急处置演练，并采集船舶驾驶人员在应急处置中的相关参数信息。所述采集的相关参数信息包括：碰撞船舶碰撞时的速度碰撞时的航向被撞船舶碰撞时的速度被撞时的航向被撞船舶的位置rl，rl为0到1的实数，表示以船尾为原点，向船首延伸的归一化后长度，如图2所示。

s3、根据外部环境的条件以及应急操纵的效果，实现应急行动效果的整体仿真评价结果；具体为：根据情景参数，确定设定情景的难度系数；根据船舶初始的参数信息和碰撞前的参数信息，确定应急操纵效果的评价参数；确定应急操纵的评价效果，乘以设定情景的难度系数，得到应急行动效果的整体仿真评价结果。s3具体包括以下步骤：

3.1、获取设定情景的难度系数：

根据情景参数，确定设定情景的难度系数hardness为：

3.2、根据船舶初始的参数信息和碰撞前的参数信息，确定应急操纵效果的评价参数：

应急行动中船舶相对速度的减少量rs，表示为：

其中初始相对速度表示为：

应急避碰行动后相对速度表示为：

应急行动后船舶碰撞的角度α为0到90的实数，单位为度，表示为：

3.3、确定应急操纵的评价效果anticollision：

3.4、确定应急行动效果的整体仿真评价结果emergency：

emergency＝hardness×anticollision。

s4、根据应急避碰行动中存在的问题，提出相应的改进方案。

s4提供应急行动效果的整体仿真评价结果与改进方案的对应关系：

当0≤anticollision≤0.4时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果较差，船舶应尽量减少碰撞时的速度和角度，同时应尽量避免碰撞它船船尾”；

当0.5≤anticollision＜0.8时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果较好，但仍应减少碰撞时的速度和角度，同时尽量碰撞它船船首”；

当anticollision≥0.8时，给出改进方案“船舶应急避让行动效果很好”。

下面以某次紧迫局面下的船舶避让行动为例介绍整个评价方法的实现方式。

本发明方法用于紧迫危险下船舶应急避让行动效果的评估，综合考虑了船舶应急行动下的外部环境以及船员应急避让的行为，实现船员应急行动的避让效果评价，并针对应急避让行动中存在的问题提出改进方案，从而提高船员应急能力，该方法按照以下步骤实施：

实施案例：

以某自然环境条件下，建立两船在紧迫危险下的三维模拟场景，实现船员应急避让行动的效果评估。

步骤1，建立三维场景，包括自然环境和船舶环境，其自然环境和船舶参数表1。

表1初始参数设置表

步骤2，对于该次案例，两组船员分别代表碰撞船舶和被撞船舶进行应急避让行动，采集的数据信息如表2。

表2采集船员应急行动数据

步骤3，根据表1的通航环境数据，可以获得该应急情景下的难度系数hardness，同时结合表2可以获得避让行动效果anticollision，最后可以获得其综合评价结果emergency。

根据避让行动效果anticollision的值，给出相应的应急行动改进方案，从而提高船员在应急行动中的能力。

评价结果值emergency，一方面考虑了船员在应急行动中的避让效果，从而确定船员行动的有效性；另一方面，考虑到不同情景下其应急行动会存在差异，可以对不同情景下的应急行动效果进行比较，从而避免了只考虑应急行动效果的局限性。

同时应急行动改进方案则仅需考虑实际避让效果，避免由于难度系数的加入而导致的。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。