基于Matlab平台的船舶避碰模型研究

根据本船的运动参数及连续两次观测所得到的目标船的相对方位和距离,运用避碰几何原理,在Matlab平台下建立了船舶避碰真运动模型,可以得到目标船运动参数及本船的避让措施和恢复航向的时机,并给出真运动轨迹图。文中还选择船舶会遇的典型实例对本模型进行了验证,结果表明,模型模拟的结果正确,对实际避碰行动有参考价值。     

“防船舶碰撞”经验谈——船舶安全避让的几点体会

能见度不良对船舶的安全航行影响很大,资料显示有60%以上的船舶碰撞事故是由于能见度不良引起的,而雷达是避碰,特别是雾中避碰不可或缺的工具。利用雷达我们可以获得碰撞危险的早期警报,使我们有更多的时间用于避让他船,避免碰撞,同时,我们利用VHF、AIS还可以对雷达上有危险的船舶进行确认和联系,协调避让,可以达到更好的避让效果。为了使船舶驾驶员能够有效地利用这些仪器进行避碰,本文介绍了能见度不良情况下利用这些仪器进行避碰的几种常用方法。供船舶驾驶员在能见度不良情况下操船避让时参考,以期能取得良好的避碰效果,确保海上航行的安全。     

基于避碰几何的本船安全航向区间的估算模型

根据当前目标船与本船的相对运动关系以及最小安全会遇距离DCPAS,采用避碰几何的方法建立起本船安全航向区间的估算模型。同时对数学上的解给出避碰领域的实际意义,解算的结果对避碰方案的制定有重要参考价值。     

基于船舶领域模型的船舶碰撞危险识别方法

为解决传统船舶碰撞危险识别算法对目标船运动参数考虑不全以及在各方位采取相同安全会遇距离(Safe Distance Approach,S_(DA))的缺陷,构建一种适用于动态复杂船舶领域模型的碰撞危险识别方法。选取KIJIMA船舶领域模型来界定船舶安全会遇范围,结合其几何形状,根据不同来船方位将其划分为4个区域;提出一种新的碰撞危险识别决策参数:相对运动航向上边界(φ_(r_Upper))和下边界(φ_(r_Lower)),并推导出适用于不同区域的危险识别参数计算方法,确定在目标船与本船安全会遇时应避免的相对运动航向区间,构建碰撞危险识别模型。通过设置8种不同的会遇场景进行仿真验证,结果表明:构建的方法能对目标船的碰撞危险进行有效识别,可为具备自主避碰能力的船舶智能航行系统研发提供技术参考。     

船舶避碰辅助决策系统的设计与实现

研究了广阔水域多船会遇的避让方案,首先根据会遇态势、本船与目标船的船舶运动参数,给出了危险度的量化计算,然后选择与最危险目标船舶进行了避碰.分析了整个避碰过程的流程,并用软件进行了实现.     

船舶在能见度不良非互见时的避碰研究

船舶在能见度不良非互见时的避碰研究一直是航海人员非常关注的问题。为此本文在对前人研究成果总结和分析的基础上,结合《国际海上避碰规则》第十九条第四款规定,总结出一船仅凭雷达测到他船时的具体避让方法,对于转向避让、变速避让及转向结合变速避让分象限进行具体分析。     

关于碰撞危险区的探讨

由于船舶的大型化、高速化,以及在港湾、狭水道水域通航密度逐年增加,船舶避碰问题成为当今航海技术的研究重点。雷达用于海上避碰已有约40年的历史,是最重要的航海仪器。可是,装有雷达的船舶相互碰撞的事故仍然时有发生,暴露出雷达装置本身的缺陷和局限性。近年来,各种类型的雷达避碰装置竞相问世,可以提供DCPA、TCPA、他船过去的航迹等数据,在一定程度上弥补了航海雷达的某些缺陷,但还存在不少使航海界非常关注的问题。本文就碰撞危险区(PAD)问题试作初步探讨,并提出一种新图形的设想。新图形的最大优点是能一目了然得出本船安全速度,而不需进行模拟试操作,更适应避碰规则以及在分道通航等条件下对减速的要求。同时也能直接得出改向避碰的度数。新图形显示出本船所有的安全航速与安全航向,供航海人员根据现场的实际情况和避碰规则的要求而组合选用。此外,新图形显示在显示器的盲区附近,可避免或减少对他船映象监视观察的影响。     

灰色预测在船舶避碰时机决策中的应用

针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机，应用灰色系统理论预测模型，实时预测各目标船相对于本船在下一时刻的运动参数，预估目标船相对于本船的最近会遇距离DCPA和最近会遇时间TCPA；同时，对于灰色预测模型预测误差大的问题，提出了先缓冲后预测的处理思想，并对缓冲算子作了改进。仿真结果表明，该方法能有效提高船舶海上航行的灵活性和安全可靠性，达到提前预警和帮助驾驶员提前做好避碰准备与应急措施等目的。     

自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策

[目的]为实现船舶的高效避碰与安全航行,针对自主船舶与有人驾驶船舶混合航行环境下的交互避碰问题展开研究,提出一种多智能体交互的船舶动态博弈避碰决策方法。[方法]依据驾驶实践,理解并分析混行环境下的船舶避碰问题,基于《国际海上避碰规则》量化船舶会遇态势及碰撞危险,引入动态博弈理论,将存在碰撞危险的船舶个体建模为博弈中具有独立思想的参与者,并以船舶的航向改变量为博弈策略,在船舶安全性收益、社会性收益及经济性收益约束下求解船舶的最优行动序列,以及将船舶驾驶员风格的差异化引入仿真实验中以验证避碰决策的有效性。[结果]结果显示,所提方法能够在自主船舶与有人驾驶船舶混行场景下实现多船的安全会遇;各船在面对不同驾驶风格的目标船舶时均能类人地调整自身的行为策略,从而实现安全避让。[结论]所做研究可为自主船舶及有人驾驶船舶的避碰决策提供参考。     

国外科技动态

动“阿帕”的“试操船”功能,让计算机进行模拟避撞动作,然后驾驶员据此操纵本船改向或变速航行,避开那“危险目标”。“阿帕”在本船抛锚时,还能对锚地20艘抛锚船舶(包括本船)实行监视。一旦有哪艘船走锚,它就发出警告。并指明走锚船     

基于四元船舶领域和避碰规则的碰撞危险度模型

为解决使用船舶领域计算碰撞危险度时所选取的船舶领域类型繁多，且碰撞危险度模型中对于目标船船舶领域与海上避碰规则等因素考虑较少的问题，提出基于四元船舶领域和海上避碰规则改进的碰撞危险度模糊评价模型。在计算碰撞危险度时考虑本船是否侵入目标船船舶领域，且根据海上避碰规则当本船为直航船时，判断目标船与本船是否为紧迫局面并将其作为计算因素加入模型。使用MATLAB进行仿真，结果表明改进的模糊评价模型能计算出更符合海上实情且满足海上避碰规则的碰撞危险度，为后续避碰决策研究提供更为准确的数据。     

基于速度障碍的多船自动避碰控制方法

传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包括3个部分:首先,基于运动方程计算本船和目标船的基本运动与位置参数;其次,利用速度障碍方法计算本船实时的可行避碰方向;最后,实现控制变量的变换和控制算法设计。该方法是一个灵活、容易实现的多船避碰控制算法,模拟结果显示其具有较好的效果,并给出了进一步研究的建议。     

船舶避碰协调通讯探讨

船舶碰撞的主要原因之一是避碰双方行动不协调。本文从通讯角度讨论船舶避碰协调问题,首先分析现有避碰通讯手段存在的不足之处,探讨避碰通讯的内容与要求,进而提出船舶避碰协调通讯系统的构想。目的是在避碰范围内建立船舶间的快速自动通讯,各船适时通报本船的位置、航向、速度等信息,需要避碰时预先将避碰方案通知对方,在一致认可的条件下执行避碰方案。从而根据改变各自行动产生的不协调问题,减少碰撞事故。     

长江口及长江口航道的船舶操纵与避碰

长江口及长江口航道是船舶航行的危险及复杂区域,影响船舶操纵与避让的因素有航道自然环境和人为环境因素、人员对船舶操纵性能的掌握因素、航道管理因素等。船舶在此航行时的避碰措施包括真正做到正规瞭望、严格按照航道规则航行、良好船艺、做好应急准备等,船舶在避碰中要保持安全会遇距离,及早采取避让行动,正确掌握转向避让和变速避让方法,并查核避让效果。     

分解协调法在船舶避碰决策中的研究

针对多船会遇的避碰决策情况,采用大系统理论的目标分解协调法将本船与多船之间的转向避碰幅度问题分解成多个独立的优化子问题,通过协调器求出本船转向避碰幅度的最优解。仿真结果表明,该方法不仅可以求解出多船会遇情况下本船的相对最优转向角,也为多船避碰智能决策系统提供参考。     

不同会遇态势下目标船行为模拟及其特征分析

划分目标船与本船的会遇态势是船舶驾驶人员确定避让责任和采取避让行动的前提条件,对船舶的航行安全至关重要。为验证现有会遇态势划分方法的有效性,明确相对方位和航向差与会遇态势的关系,掌握船舶在不同会遇态势下的运动特征和视觉特征变化情况,利用计算机模拟了不同会遇态势下的目标船和本船的运动,统计分析了目标船与本船的距离、相对方位和本船观察目标船视角3个参数的变化情况,得出了不同会遇态势下目标船的行为特征。研究结果表明:在进行船舶会遇态势划分时,除了目标船的相对方位和航向差、距离也是重要的影响因素;单独利用相对方位进行会遇态势划分是不合理的。同时,本船观察目标船的视角大小及其变化情况与会遇态势密切相关,可将其作为会遇态势的划分依据,这说明利用目标船的视觉特征进行会遇态势划分是可行的。     

基于拟态物理学优化算法的船舶变速避碰决策

为能在狭窄水域多船会遇情况下快速给出安全有效的避碰决策,提出一种基于拟态物理学优化算法(Artificial Physics Optimization, APO)的船舶变速避碰决策方法。该方法利用APO算法的快速寻优能力,根据《国际海上避碰规则》对变速行动幅度的要求,限定算法中可行解的空间,考虑变速冲程和冲时对会遇的影响,提高最近会遇距离值的计算精度,建立基于碰撞危险度和变速能量损失的目标函数,迭代进化获得全局范围内最优的速度值,即船舶的决策速度。狭窄水域多船会遇案例的仿真结果表明:决策速度下船舶能够安全有效地避让各目标船舶,该决策方法可行且有效,能够为船舶驾驶人员提供避碰决策支持。     

固定航线船舶远距离避撞数学模型设计

当前国际远洋航行中,固定航线船舶碰撞事故在海上险情中仍占有较大比例,并且这类事故多为人为操作引起。为降低海上船舶的碰撞事故率,需要采集本船与干扰船之间相对方位数据信息,将潜在的碰撞危险因素量化处理;基于最优控制法构建船舶间的远距离避碰数学模型,并依据模型的六自由度确立性能指标和各类约束条件;引入遗传算法计算选取本船安全避让的最优路径。仿真数据表明,提出的固定航线船舶避撞模型对于船舶避让的控制精度高、距离短,运算收敛性能好、躲避成本较低。     

船舶避碰图和ARPA的碰撞危险区设计

本文根据英国皇家航空研究所卡尔瓦特避碰法则和《国际避碰规则》(以下简称规则)的原则,结合国内、外碰撞案例所提供的经验,建立全方位数模,编程用计算机求得全部避让信息,并设计船舶避碰图和ARPA的碰撞危险区图形。避碰图给出了具体执行《规则》的全方位避让航向或航速,方便驾驶人员用心算法快速决策避让行动。ARPA的碰撞危险区图形可提高ARPA的性能,充分给出单船和多船的全部避让信息,驾驶人员可择优选用最佳避让方案,该图形亦为研制混合型ARPA(矢量型加CAD型)提出了新的设想。     

模拟退火算法在船舶转向避碰幅度决策中的应用

在船舶避碰决策过程中,转向避碰是采用频率最高的一种避碰方法。为了求得本船与多船会遇情况下的最优转向避碰幅度,应用模拟退火算法将本船与多船间的转向避碰幅度问题视作一类多目标函数优化问题,从而在可行解空间中求出满足目标函数和约束条件的最优转向避碰幅度解。仿真结果表明,上述方法不仅有助于求出多船会遇情况下的本船最优转向角度值,而且也有助于多船避碰决策系统的智能化设计与开发。