基于传感网络的船舶触礁远距离预测系统

本文设计了一种船舶触礁远距离预测系统,该系统利用自身传感器网络和AIS数据对船舶的位置、航迹等数据进行分析和处理,并完成数据的坐标转换、速度转换,然后对船舶在一定时间内的航迹进行预测,确定船舶与远距离礁石的位置关系,对是否发生碰撞事故进行预测。本文的研究有助于提高船舶的航行安全性,减少船舶的触礁风险。     

基于AIS的商船雷达性能分析方法

利用模糊综合评价将雷达数据和AIS数据进行融合形成两者的共同航迹,实现信息互补和位置的精确定位。首先将雷达和AIS测得不同坐标系下的位置信息变换到同一个平面坐标系中;其次统一传感器的信息,由于二者对同一目标所采集到的时间不同;然后综合考虑航行速度、航行角度和航行距离来确定航迹;最后实现信息融合,通过实验验证基于AIS的商船雷达性能分析是可行的。     

基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法

针对受限水域船舶动态智能避碰问题,将航迹预测与改进速度障碍相结合,提出一种船舶动态智能避碰方法。建立两船相对运动模型并实时计算船舶避碰运动参数,基于三自由度船舶操纵运动数学(MMG)模型和Kalman滤波算法分别预测本船(OS)和目标船(TS)下一时刻运动状态;然后结合《国际海上避碰规则》(简称《规则》)、良好船艺、航迹预测模型、速度障碍算法和航向控制系统等分析设计船舶动态智能避碰决策模型;通过仿真试验验证动态智能避碰决策模型的可行性和有效性。结果表明：该算法可满足受限水域两船和多船复杂会遇局面下船舶智能避碰,实现动态避碰条件下的船舶安全航行。     

无人驾驶技术的水面船舶曲线航迹跟踪方法

传统水面船舶航迹跟踪方法仅能对线性航迹进行跟踪,针对与双体船结构特征相似的无人驾驶船舶航迹,在其无线航迹跟踪应用中表现出航迹跟踪坐标位置与实际坐标位置误差较大的问题,导致跟踪目标经常丢失。为此,结合双体船航迹跟踪特点,提出无人驾驶技术的水面船舶曲线航迹跟踪方法。首先对水面船舶航行条件建立模型,根据条件模型对船舶曲线轨航迹进行数据模型计算。最后,结合条件模型与曲线航迹模型,对跟踪算法进行差值优化计算,从而提升曲线航迹的跟踪精准度。通过仿真数据的模拟测试,采用提出方法的船舶,能够将曲线航迹跟踪精准度控制在98.6%以上,有效解决传统跟踪方法误差大的问题。     

基于高阶常微分方程的复杂水域船舶航迹精准预测研究

船舶航迹预测是其避障、导航的基础,精准的航迹预测可提升船舶在复杂水域航行的安全性,为此研究基于高阶常微分方程的复杂水域船舶航迹精准预测方法。该方法利用AIS系统采集船舶航行行为动态观测样本后,构建该船舶航行行为动态观测样本的高阶常微分方程预测模型,使用四阶龙格-库塔方法求解该预测模型,得到船舶航行动态观测样本预测值后,利用最小二乘法对其进行拟合处理,得到船舶航迹曲线。实验结果表明,该方法可有效采集船舶在复杂水域航行时的航速、船首向等行为动态观测样本,预测船舶航迹点和拟合后的航迹曲线均与其实际数值吻合,预测精度较高。     

基于计算机视觉的船舶纯方位目标跟踪方法研究

受外界环境因素的影响,传统方法在船舶纯方位目标跟踪中存在一定的偏差。为了克服这一问题,引入计算机视觉技术,在待跟踪的船舶上安装计算机视觉传感装置,并利用该装置实时采集船舶航行图像。通过对图像的处理与分析,得到船舶目标的初始位置信息。以定位结果为起点,在构建纯方位目标运动模型的基础上,计算目标船舶的航向角,判断船舶的航迹运动方向。实时更新目标船舶的定位信息与航向角信息,从而实现船舶纯方位目标跟踪。实验结果表明,与传统的目标跟踪方法相比,所设计的方法能够有效降低船舶跟踪误差,具有较强的实用性。     

基于显式模型预测控制的无人船航迹控制方法研究

针对模型预测控制在线计算量大，难以满足无人船实际航行中的实时性要求的问题，提出了一种基于显式模型预测控制的航迹控制方法。首先利用视线制导算法（line of sight, LOS），根据无人船当前位置和期望航迹信息，设计了无人船艏摇角的参考值，将无人船航迹控制简化为艏向控制；其次，将显式模型预测控制算法应用于无人船艏向控制问题中，该算法既保持了模型预测控制方法的优势，又提高了计算速度；最后通过仿真试验验证了所提出的方法可以显著提高无人船航迹控制的实时性。     

基于数据驱动的船舶航线实时优化

为了给不同海况下的船舶安全航行提供保障,设计基于数据驱动的船舶航线实时优化方法。利用数据驱动方法采集船舶历史航线、海域风速、风向、波高等海况数据,选取K-means聚类算法聚类海况数据,构建海况知识库。依据海况知识库内的船舶航线信息与航线转向点信息,划分船舶航线为不同航段。依据船舶航线的航段划分结果,以航行总时间最短以及总油耗最低为目标函数,设置船舶航速约束与转向点位置约束作为约束条件,构建航线实时优化模型。选取蚁群算法求解所构建的优化模型,输出航线实时优化结果。结果表明,该方法可以实时优化航线,降低船舶的航行时间与主机油耗,适用于不同海况的船舶航行。     

应用PIC单片机的航行触礁风险红外预警系统设计

触礁预警信号是船体、礁石与预警系统通过射频技术实现的,当前的红外预警系统中射频信号通信采用单工通信方式,导致系统获取触礁风险等级的速度较慢,据此在应用PIC单片机的前提下,设计航行触礁风险红外预警系统。在硬件方面,用PIC单片机替换原有系统部分硬件,加强对多类型射频信号的传输速度。在软件设计方面,利用三次指数平滑法预测航行触礁风险,通过设置隶属度区分风险等级,采用半双工通信方式,实现对红外预警系统射频信号通信方式的设计。实验结果表明,与传统预警系统相比,此次设计的系统可以快速获取触礁风险等级,提升船舶的航行安全。     

利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究

由于船舶航行受海上环境的影响而产生航迹误差,为了准确控制船舶航行轨迹,提出利用AIS数据挖掘生成船舶航迹点方法研究。根据AIS数据挖掘算法,提取船舶航行轨迹点数据特征,利用船舶航行轨迹点数据库中航行线路设置信息与目标对象运动信息之间的相似性,挖掘出船舶航迹动力定位数据,将AIS数据挖掘算法映射到船舶海上航行领域中,提取出AIS船舶位置采集点,通过设定阈值得到船舶航行转向点,将所有转向点连接成线,初步生成船舶航行轨迹点,利用船舶轨迹点生成流程,实现船舶航行轨迹点的生成。实验结果表明,基于AIS数据挖掘的船舶轨迹点生成方法在精度和时间上,都可以准确控制船舶航行轨迹。     

大风环境下船舶触礁角度高效预测方法分析

船舶碰撞、搁浅和触礁是最常见的事故形式,不仅会造成一定的经济损失,也会对海洋环境造成一定的污染。因此,研究船舶的航迹控制策略,进行合理的避碰航线规划具有重要的意义。本文研究侧重于恶劣环境下的船舶触礁预测技术,构建船舶触礁危险区域的数学模型,建立一种船舶触礁预测系统,并介绍该预测系统的工作流程。     

视觉传达技术船舶航行环境实时模拟系统

在船舶航行环境实时模拟过程中,对于船舶波模拟能力较差,造成船舶航行环境实时模拟系统图像绘制时间过长。因而,设计基于视觉传达技术的船舶航行环境实时模拟系统。引用图像绘制数位板以及GPS船舶定位装置完成系统硬件优化。构建船舶航行模型,计算船舶波宽度。引用视觉传达技术,设置波图像信息点,完成船舶航行波绘制。寻找目标船舶,设定船舶以高速与低速2种状态展开航行,对此系统与原有系统展开测试。由测试结果可知,此系统的船舶波模拟精度与图像绘制时长均优于原有系统。     

内河航运航迹数学模型分析与导航方法研究

内河航运是一种重要的船舶运输方式,船舶作为内河航运的载体,其运动控制直接影响着内河航运的效率。本文对某型内河航运船舶的运动与导航进行相关研究,以提高其航行稳定性。首先根据该型船舶的结构特点以及内河航运条件,建立其运动数学模型,并根据船舶航迹数学模型,进行船舶导航方法的研究。最后在Matlab环境下对航迹模型以及导航方法进行仿真计算。仿真结果表明,本文方法能够提升船舶的航行稳定性与安全性。     

船舶导航一体化网络路由算法的设计与实现

为保证船舶航行安全,提高航行效率,提出一种船舶导航一体化网络布线算法的设计方法,通过对船舶导航一体化网络布线设备结构的优化,有效地提高了航迹数据采集和处理的精度,并对航迹障碍干扰进行数值计算,根据航迹障碍距离和航迹障碍参数确定最佳航迹选择,有效地解决了航迹选择不佳导致船舶在航迹上布线费时的问题。经实现验证,该算法与传统方法相比,有较大的实用价值,在实际应用过程中,大大提高了船舶航行安全性和航行效率,从而证明了所提出的船舶导航一体化网络路由算法具有较好的性能,完全可以满足研究的需要。     

激光雷达和单目视觉船舶智能导航系统

以为船舶提供定位服务、障碍物检测和避障航迹规划服务为目的,设计基于激光雷达和单目视觉的船舶智能导航系统。系统船载子系统中,由卫星信号接收机接收卫星信号,定位船舶位置后,障碍物检测单元使用单目视觉传感器、激光雷达,检测船舶周围的障碍物信息和距离信息,通过CAN总线网络将2种信息传输至地面监控子系统。监控端把获取的信息和电子海图相匹配,标识船舶坐标信息,使用基于激光雷达的障碍目标测距方法完成障碍物测距,结合已知定位信息与障碍物距离信息,设计船舶航行指令,由CAN总线网络发送至船载子系统的航行控制单元,驱动航迹控制器控制船舶航行,完成船舶智能导航。仿真实验表明,此系统可实现船舶智能导航,导航应用时可保证船舶不与动态障碍物碰撞。     

基于三维数模礁石航道水流结构分析

针对长江航道的升级,往来船只航行在具有突嘴、较大礁石碍航河段航行时,往往由于横向宽度不足导致船舶航行安全受到威胁的问题,进行概化礁石斜流水流结构以及船舶受力特点研究。采用CFD软件模拟礁石航道时船舶的水流三维数值模拟方法,得知:流速、礁石占据比越大对水流结构的影响距离越大,且横向流速的影响距离较突出;流速与船舶所受横向力成正比;概化礁石对船舶的纵向影响距离在上下游1倍船长范围之间,最大值约在上游0.5倍船长处。     

基于人工智能技术的船舶航迹点生成算法

利用栅格法构建海洋环境数据模型作为船舶航迹点生成的模拟图.在此基础上将航行距离最短与航行障碍物最少作为目标构建船舶航迹点生成数学模型,使用自适应交叉概率与变异概率优化鱼群算法,使用优化后的鱼群算法确定船舶航迹点生成数学模型的最终解,获取最佳船舶航迹点.经过试验分析,该算法能够准确生成船舶航迹点,与同类算法相比具有明显优...     

基于反推策略的船舶直线航迹控制算法研究

为实现船舶直线航行的轨迹控制,基于船舶航行基本原理,建立了船舶航行运动的非线性模型。针对模型强非线性的特点,依据输入-状态反馈线性化原理,将非线性模型转化为具有下三角结构的线性模型,并基于反推技术和状态反馈,设计了船舶直线航行控制器。根据Lyapunov方法证明了闭环航迹系统是可镇定的。仿真结果验证了所提控制算法的正确性和有效性。     

基于低信噪比AIS数据的船舶航迹精准预测

针对船舶自动识别系统(AIS)数据存在较大的实时系统噪声和测量噪声,且易丢包和产生错误的问题,提出了滑动卡尔曼循环网络.该方法采用加窗处理的方式,通过在各窗口中建立状态方程,并使用实时计算的噪声对其进行更新,将非线性高斯系统转化为线性高斯系统.将该高信噪比状态参数输入相应时刻的循环单元中,训练网络参数,从而拟合其非线性关系,实时预测船舶的航迹进行.试验对"大连—烟台"航段的AIS数据进行分析,并将所得结果与传统方法相对比,证明该方法具有较高的精度和较快的速度,可实时对船舶航行轨迹进行精准预测.     

广西内河船舶触礁事故分析与防范

根据1990年交通部《船舶交通事故统计规则》的释义，船舶“触礁”是指“船只触碰或搁置在礁石上”。广西内河大部份属山区性河流，河道内礁石密布，航行环境复杂，触礁事故易发。本文通过对1991年以来广西内河船舶触礁事故的统计分析，就这类事故开展讨论，抛砖引玉。 一、1991年以来船舶触礁事故情况 据统计，1991年至2001年11年间，广西共发生各类船舶交通事故945起，沉船170艘，死亡193人，直接经济损失4036.49万元人民币。这其中，内河水域事故有908起，船舶触礁事故549起，内河船舶触礁事故占内河总事故的60.46％。……