基于改进安全势场的内河桥区防撞预警方法

黄立文; 温腾; 李浩宇; 赵兴亚; 张坤

交通信息与安全 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (4) : 14 -23.

基于改进安全势场的内河桥区防撞预警方法

黄立文, 温腾, 李浩宇, 赵兴亚, 张坤

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摘要

为精准量化内河桥区船舶碰撞风险动态演变过程并实现分级预警，研究了一种融合船舶动态运动预测与多维势场耦合的评估方法。结合船舶航行特性与桥区环境约束，对传统安全势场模型进行适配性改进并应用于船桥防撞风险评估。基于风险致因理论，将桥区风险分解为静态障碍物、航道约束、人因决策及船舶运动动能四要素，分别构建静态势能场、边界势场、行为势场及时变动能场，通过权重分配实现四类势场的耦合。针对风流扰动引发的船舶运动非线性及预测不确定性，采用卡尔曼滤波算法实时处理船舶自动识别系统（automatic identification system,AIS）数据，校正过程噪声与观测噪声以预测船舶动态偏差，将该偏差作为时变动能场修正参数，提升势场模型对动态风险的表征精度。将时变动能场与改进势场模型叠加形成综合预测场强，结合实测AIS数据生成实测场强，建立“预测-实测”双场耦合预警机制，参考相关条例及历史案例设定动态阈值触发分级预警。以池州长江公路大桥为背景开展实验验证，结果显示：T2、T3、T4时刻预测场强分别为0.75、0.64、0.45，实际场强分别为0.65、0.59、0.40，最大相对误差13.3%出现于T2过桥墩时刻。实验证实该模型在内河桥区船桥碰撞风险预警中的实时性与准确性，双场耦合机制可在桥墩高风险区域实现误差可控预警，为船舶过桥决策提供动态风险量化依据。