船舶风阻确定方法、装置、电子设备和可读存储介质与流程

本发明涉及船舶风阻预测，具体而言，涉及一种船舶风阻确定方法、装置、电子设备和可读存储介质。

背景技术：

1、相关技术中，在测量船舶风阻时，通常只能通过传统传感器获取船舶当前风阻等数据，而传感器并非强制安装在每一艘船舶上，因此，无法进行全球范围内的百万级船舶的当前风阻的动态估算。

2、因此，为了实现全球范围内船舶风阻的估算，发明一种船舶风阻的确定方法是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决或改善现有技术中传统传感器获取风阻的方法无法适用于全球范围内每一艘船舶风阻检测的技术问题。

2、本发明的第一方面在于提供一种船舶风阻确定方法。

3、本发明的第二方面在于提供一种船舶风阻确定装置。

4、本发明的第三方面在于提供一种电子设备。

5、本发明的第四方面在于提供一种可读存储介质。

6、本发明提供的船舶风阻确定方法，包括：获取船舶的ais(automatic-identification-system船舶自动识别系统)信息；基于ais信息，确定船舶的最大吃水；基于船舶的最大吃水和船舶的船高，确定船舶的上层甲板高度；基于ais信息，确定船舶的当前吃水；基于最大吃水、上层甲板高度和当前吃水，确定船舶的水面以上高度；获取风向与船舶的宽度方向的夹角；将船舶的船长、船舶的船宽和船舶的船型输入第一预测模型，预测出船舶的方形系数；基于船舶的水面以上高度、船舶的船长、船舶的船宽、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的方形系数确定船舶的实际受风面积；获取风速；基于实际受风面积和风速确定船舶的风阻。

7、本发明提供的船舶风阻确定方法，包括：获取船舶的ais信息；其中，ais信息包括mmsi(maritime-mobile-service-identity水上移动业务标识码)、船舶位置经度、船舶位置纬度、船长、船宽等信息，基于ais信息，确定船舶的最大吃水；其中，最大吃水也即船舶深入水面以下的最大深度，基于船舶的最大吃水和船舶的船高，确定船舶的上层甲板高度；上层甲板高度也即船舶处于最深的位置时，浮出水面以上的最小高度，也即上层甲板高度+最大吃水＝船舶的船高，基于ais信息，确定船舶的当前吃水；其中，当前吃水也即船舶当前深入水面以下的深度，基于最大吃水、上层甲板高度和当前吃水，确定船舶的水面以上高度；其中，水面以上高度也即船舶浮出水面以上的当前高度，确定船舶的水面以上高度后，获取风向与船舶的宽度方向的夹角；然后将船舶的船长、船舶的船宽和船舶的船型输入第一预测模型，预测出船舶的方形系数，该步骤是考虑到实际船舶的面积并非呈现矩形，而是略小于矩形，故引入方形系数概念，可以进一步使得计算出的受风面积近似于船舶的实际受风面积，再基于水面以上高度、船舶的船长、船舶的船宽、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的方形系数确定船舶的实际受风面积；其中，船长为沿航行方向船舶的长度，船宽为垂直于航行方向的船舶的长度，确定船舶的实际受风面积之后，获取风速；基于实际受风面积和风速确定船舶的风阻。本发明的方法结合ais设备强制安装的特性，其数据具备当前覆盖面广的优点，更高效的确定船舶所受的风阻的情况，可以计算出海域内每一艘船舶的风阻，为船舶监测提供强有力的数据支持。

8、在一些技术方案中，可选地，船舶的方形系数包括正面方形系数和侧面方形系数，基于船舶的水面以上高度、船舶的船长、船舶的船宽、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的方形系数确定船舶的实际受风面积的步骤，具体包括：基于水面以上高度、船舶的船宽、正面方形系数和风向与船舶的宽度方向的夹角，确定船舶的正面的受风面积；基于水面以上高度和船舶的船长、侧面方形系数和风向与船舶的宽度方向的夹角，确定船舶的侧面的受风面积；基于船舶的正面的受风面积和船舶的侧面的受风面积，确定船舶的实际受风面积。

9、在该技术方案中，在确定船舶的实际受风面积时，先基于水面以上高度、船舶的船宽、正面方形系数和风向与船舶的宽度方向的夹角，确定船舶的正面的受风面积，再基于水面以上高度、船舶的船长、侧面方形系数和风向与船舶的宽度方向的夹角，确定船舶的侧面的受风面积；可以理解的，在船舶实际运行过程中，风向并不是正对船舶的正面，也并不是正对船舶的侧面，而是与船舶的正面形成一定的角度，也即与船舶的宽度方向形成一定的夹角，在计算过程中，可以将这个方向的风分解为垂直于船舶的正面和垂直于船舶的侧面两个方向的风，这样将分解出的两个方向再分别乘以船舶的正面面积和船舶的侧面面积即可得到船舶的实际受风面积，由此就提高了计算的精准率，其中，航行时，沿航行方向朝前的一面为正面，沿航行方向朝后的一面为尾部面，沿航行方向设置的面为侧面。

10、在一些技术方案中，可选地，水面以上高度、船舶的船宽、正面方形系数、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的正面的受风面积满足如下关系式：船舶的正面的受风面积＝水面以上高度×船舶的船宽×正面方形系数×cos(风向与船舶的宽度方向的夹角)；水面以上高度、船舶的船长、侧面方形系数、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的侧面的受风面积满足如下关系式：船舶的侧面的受风面积＝水面以上高度×船舶的船长×侧面方形系数×sin(风向与船舶的宽度方向的夹角)；其中，cos为余弦函数，sin为正弦函数。

11、在该技术方案中，可以根据上述关系式确定出船舶的正面的受风面积和船舶的侧面的受风面积，进而确定出船舶的实际受风面积，船舶的实际受风面积为船舶的正面的受风面积与船舶的侧面的受风面积之和，这样就可以根据船舶的实际受风面积确定出船舶的风阻。

12、在一些技术方案中，可选地，ais信息包括mmsi信息，基于ais信息，确定船舶的最大吃水的步骤，具体包括：基于mmsi信息获取船舶的登记档案信息；判断登记档案信息是否包括船舶的最大吃水；在登记档案信息包括船舶的最大吃水时，确定船舶的最大吃水；在登记档案信息中不包括船舶的最大吃水时，从船舶的ais信息中提取船舶的第一特征信息，将第一特征信息输入至第二预测模型，并通过第二预测模型模拟预测出船舶的最大吃水。

13、在该技术方案中，在确定船舶的最大吃水时，先看登记档案信息中是否包括船舶的最大吃水，如果登记档案信息中包括船舶的最大吃水，那么可以直接从登记档案信息中提取出船舶的最大吃水，如果登记档案信息中不包括船舶的最大吃水，那么从船舶的ais信息中提取船舶的第一特征信息，将第一特征信息输入至第二预测模型，并通过第二预测模型模拟预测出船舶的最大吃水。其中，第一特征信息包括如下特征信息中的一种或多种：船长、船宽和船型。第二预测模型可以为决策树模型。

14、在一些技术方案中，可选地，ais信息包括mmsi信息，基于ais信息，确定船舶的当前吃水的步骤，具体包括：判断ais信息中是否包括船舶的当前吃水；在ais信息中包括船舶的当前吃水时，确定船舶的当前吃水；在ais信息不包括船舶的当前吃水时，基于mmsi信息获取船舶的登记档案信息，从船舶的登记档案信息中提取船舶的第二特征信息，将第二特征信息输入至第三预测模型，并通过第三预测模型模拟预测出船舶的当前吃水。

15、在该技术方案中，在确定船舶的当前吃水时，先看ais信息中是否包括船舶的当前吃水，如果ais信息中包括船舶的当前吃水，那么可以直接从ais信息中提取出船舶的当前吃水，如果ais信息中不包括船舶的当前吃水，那么从船舶的登记档案信息中提取船舶的第二特征信息，将第二特征信息输入至第三预测模型，并通过第三预测模型预测出船舶的当前吃水。其中，第二特征信息包括如下特征信息中的一种或多种：船舶历史挂靠频率、航行时长、航行速度、在泊时长、等泊时长、目标泊位挂靠率的平均值、目标泊位挂靠率的标准差、目标泊位挂靠率的峰度和目标泊位挂靠率的偏度。可以理解的，由于当前吃水受装货情况影响，而这些第二特征信息是来判断装货情况的。另外，由于有些临时泊位船舶挂靠了，但只是加油或者换船员，并不影响当前吃水，所以这里的目标泊位也可以理解为带有一定属性的泊位，或者可以理解为非临时泊位。而在泊时长影响装货满仓率，作业时长越长装货越多。因此，本发明如果无法从ais信息获取当前吃水，那么就可以根据这些第二特征信息通过第三预测模型预测出当前吃水。可选地，第三预测模型可以为ada-boost(一种迭代算法)模型。

16、在一些技术方案中，可选地，基于实际受风面积和风速确定船舶的风阻的步骤中，实际受风面积、风速和风阻满足如下关系式：风阻＝0.5×空气密度×实际受风面积×阻力系数×风速×风速。

17、在该技术方案中，当得到船舶的实际受风面积和风速后，就可以根据该公式计算出船舶的风阻。其中，空气密度取值及阻力系数为估计的常数。

18、本发明第二方面提供了一种船舶风阻确定装置，包括：信息获取模块，用于获取船舶的ais信息；确定模块，用于基于ais信息，确定船舶的最大吃水；确定模块还用于，基于船舶的最大吃水和船舶的船高，确定船舶的上层甲板高度；确定模块还用于，基于ais信息确定船舶的当前吃水；确定模块还用于，基于最大吃水、上层甲板高度和当前吃水，确定船舶的水面以上高度；信息获取模块还用于，获取风向与船舶的宽度方向的夹角；确定模块还用于，将船舶的船长、船舶的船宽和船舶的船型输入第一预测模型，预测出船舶的方形系数；确定模块还用于，基于水面以上高度、船舶的船长、船舶的船宽、风向与船舶的宽度方向的夹角和船舶的方形系数确定船舶的实际受风面积；信息获取模块还用于，获取风速；确定模块还用于，基于船舶的实际受风面积和风速确定船舶的风阻。

19、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序或指令，处理器执行计算机程序或指令时实现如本技术第一方面任一项技术方案提供的船舶风阻确定方法。

20、本发明第四方面提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序或指令，处理器执行程序或指令时实现如本技术第一方面任一项技术方案提供的船舶风阻确定方法。

21、根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实践了解到。