6、水域通航密度与碰撞风险预测

所属：海上设施安全监管与决策平台

一、场景说明

业务视角：随着海上风电大规模建设与沿海航运密度上升，设施周边水域越来越「挤」。值班员能看到的只是「现在有几条船」，但真正需要回答的是：

这片水域一天通过多少船？哪条水道最忙？什么时段最忙？

船舶的实际航迹带（走廊）在哪里？有没有从风电场中间穿过去的习惯航路？

未来 24 小时哪些时段最危险？（通航密度 × 气象条件叠加）

现在区域内有哪些「船对」存在碰撞风险？（不只是船 vs 设施，还包括船 vs 船）

本子场景把 GetAreaShip 的周期采样与 GetShipTrack 的历史航迹做成统计与预测应用：

密度层：网格化航迹密度热力图 + 断面流量统计（按小时 / 日 / 月）；

走廊层：主流航迹走廊提取，与设施安全圈、海缆路由叠加求冲突度；

会遇层：批量 CPA / TCPA 计算（区域内所有船两两组合 + 船 vs 设施），输出会遇风险矩阵；

预测层：未来 24 小时分时段风险预测（历史密度 × 气象修正）；

偏离层：当前船位与主流走廊的偏离度，识别异常航路（可能是违规穿越）。

客户视角：海事通航管理处、风电场运营方通航安全岗、VTS 值班。

与 B2 的区别：B2 是单设施、单目标、实时的告警处置；B6 是水域级、群体性、统计预测的风险评估，输出的是「哪片水、哪个时段危险」，用于巡逻计划、航路规划与设施选址论证。

二、实现流程

步骤	阶段	使用接口	关键计算 / 业务逻辑
1.1 区域周期采样	① 数据获取	GetAreaShip	15 分钟一次快照入库，形成船舶位置时序
1.2 历史航迹采集	① 数据获取	GetShipTrack	采样船舶的历史轨迹，用于密度与走廊
1.3 周边扫描补充	① 数据获取	GetSurRoundingShip	设施 10 海里圈层补充
1.4 船舶尺度	① 数据获取	SearchShipParticular	船长 / 船宽，用于碰撞风险几何
1.5 能见度与海况	① 数据获取	CurrentWeather / FutureWeather	能见度 / 浪高修正避碰能力
1.6 推荐航道	① 数据获取	PlanRouteByPoint	推荐航路，用于偏离度基准
2.1 网格密度统计	② 计算处理	—	0.02° 网格统计轨迹点通过次数
2.2 断面流量统计	② 计算处理	—	定义断面线，统计穿越船舶数与航向分布
2.3 主流走廊提取	② 计算处理	—	高密度网格连通 + 航向分箱 → 走廊多边形
2.4 批量会遇计算	② 计算处理	—	两两组合（含船 ↔ 设施）批量 CPA / TCPA
2.5 碰撞风险指数 CRI	② 计算处理	—	CPA / TCPA / 相对速度 / 尺度 / 能见度加权
2.6 分时段风险预测	② 计算处理	—	历史密度 × 气象修正 × 趋势系数
3.1 风险分级	③ 业务判断	—	按 CRI 与预测风险分时段分级
3.2 航路建议	③ 业务判断	—	走廊冲突区 → 建议调整航道或增设警示
4.1 密度热力图	④ 输出应用	海图 GIS	网格热力 + 走廊 + 设施叠加
4.2 会遇风险列表	④ 输出应用	—	高风险船对清单，联动 B2 处置
4.3 时段风险预测	④ 输出应用	—	未来 24 小时风险曲线（下发 B5 排班）

三、接口调用与响应

3.1 GetAreaShip 周期采样（本场景的数据基础）

{"code": 0, "data": {"ships": [{"mmsi": 412500123, "ship_name_cn": "鲁日渔 1268",
   "ship_type_cn": "渔船", "dwt": 480, "lat": 32.70, "lng": 121.30,
   "sog": 6.2, "cog": 295, "last_time": 1726000700}], "scode": "", "continue": 0}}

采样设计：每 15 分钟对目标水域采样一次并入库（船舶快照表），连续 30 天即可形成可用于统计的时序。大范围水域按 1°×1° 切分后并行采样，注意 scode 续查。

3.2 GetShipTrack 航迹采集

对采样中高频出现的 MMSI 抽样拉轨迹（例如每天抽 50 条），累积形成航迹库，用于密度与走廊提取。统计只用 data_source=AIS 的点。

3.3 SearchShipParticular 船舶尺度

取船长、船宽（档案扩展字段）用于碰撞风险的几何计算——大船的安全距离要求与小船不同。

3.4 CurrentWeather / FutureWeather 能见度修正

能见度差、浪高大会显著降低船舶的避碰能力，风险预测必须做修正。

四、计算逻辑

4.1 网格化航迹密度

中文说明：把目标水域切成 0.02° × 0.02° 的网格，遍历所有历史轨迹点（仅 AIS 点），把每个点落入对应网格并计数；为避免同一条船缓慢移动导致某格被重复计数，对同一 MMSI 在同一网格内的连续点只计一次（去重）。计数结果归一化后即为密度热力值，可直接渲染成热力图。

4.2 断面流量统计

中文说明：断面是理解「航道有多忙」最直观的方式。定义一条断面线（两点确定的线段），对每对相邻轨迹点，判断其连线是否与断面线相交（用线段相交的叉积判别法），相交即计一次通过，并记录穿越方向（由南向北 / 由北向南）与航向。按小时聚合后即可得到断面流量的时序与方向分布。

4.3 主流航迹走廊提取

中文说明：先对密度网格做阈值过滤，保留高密度格；把保留下来的格按航向分箱（例如 16 个方位），同一航向箱内相邻的高密度格合并成连通块；连通块即为一条「航迹走廊」。走廊的价值在于它反映的是船舶实际怎么走，而不是规划图上怎么画——把走廊与设施安全圈、海缆路由叠加，就能发现「习惯性从风电场中间穿过」的问题航路。

4.4 批量会遇态势与碰撞风险指数 CRI

中文说明：对区域内所有船舶两两组合（N 条船 N(N−1)/2 对）以及每条船与每个设施，批量调用 CPA / TCPA 计算；再用五个因子合成碰撞风险指数——CPA 越小风险越高、TCPA 越短风险越高（紧迫性）、相对速度越大后果越严重、船舶尺度越大安全距离要求越高、能见度越差避碰能力越低。五项各自归一化后加权得到 0–100 的 CRI，≥70 列为高风险船对，推送 B2 处置。

4.5 分时段风险预测

中文说明：未来 24 小时的风险 = 历史该时段的通航密度 × 气象修正系数 × 近期趋势系数。历史密度由断面流量或网格统计得到；气象修正用 FutureWeather 的浪高与风速——浪高超过 2.5 米或风速超过 10.8 m/s 时避碰能力下降，系数上调；趋势系数用近 7 天密度相对历史同期的比值。输出逐小时风险曲线，峰值时段即为「重点值守时段」。

五、输出的应用形态

通航密度热力图：中央海图叠加网格密度热力（浅蓝 → 深蓝渐变）、主流航迹走廊（半透明蓝带）、设施安全圈与海缆路由（橙线），冲突区高亮。

断面流量看板：断面列表 + 逐小时流量柱（区分南北向）+ 月度趋势。

会遇风险列表：高风险船对 / 船-设施对清单（CPA、TCPA、CRI、等级），一键下发给 B2 做处置。

时段风险预测曲线：未来 24 小时逐小时风险折线 + 峰值时段标注，下发给 B5 做排班。

六、数据边界与常见问题

数据边界：区域快照、历史轨迹、船舶档案、气象来自船讯网；断面定义、海缆路由、设施安全圈、风险阈值来自内部系统。

Q1：采样频率多少合适？
15 分钟。太密浪费配额，太疏会漏掉快速穿越的船。对高速客船 / 渔船密集区可提到 10 分钟。

Q2：N 条船两两组合会不会算不动？
一个 1°×1° 水域通常几十到几百条船，两两组合在万级以内，单机秒级可完成。超过 1000 条时可先用网格分块，只算同块与相邻块的组合。

Q3：走廊提取的阈值怎么定？
density_threshold=3 是经验起点（同一网格同一航向至少 3 个轨迹点）。船舶密集水域可调到 5–8，稀疏水域调到 2。建议先看密度分布直方图再定。

6、水域通航密度与碰撞风险预测

一、场景说明#

二、实现流程#

三、接口调用与响应#

3.1 GetAreaShip 周期采样（本场景的数据基础）#

3.2 GetShipTrack 航迹采集#

3.3 SearchShipParticular 船舶尺度#

3.4 CurrentWeather / FutureWeather 能见度修正#

四、计算逻辑#

4.1 网格化航迹密度#

4.2 断面流量统计#

4.3 主流航迹走廊提取#

4.4 批量会遇态势与碰撞风险指数 CRI#

4.5 分时段风险预测#

五、输出的应用形态#

六、数据边界与常见问题#