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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

船舶在对遇、交叉相遇中与他船形成紧迫局面的时间的计算

船舶避碰首要的是要避免两船紧迫局面的形成,此文根据船舶在对遇、交叉相遇的避让中判定与他船形成紧迫局面的实际,提出本船与他船形成紧迫局面的时间(TCQA)的计算方法。     

数据融合在船舶避碰中的应用研究

针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机建立数学模型，实时预估目标船相对于本船的最近会遇距离和最近会遇时间。同时，针对预测模型误差大的问题，提出了先缓冲后预测方法，并对缓冲算子作了改进，弱化其随机性。应用数据融合技术，给出系统的数据融合处理模型，进一步改善和提高系统跟踪目标的精度。仿真结果表明，该方法是有效、可行的。     

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。     

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"当前"统计模型的机动目标运动要素解算

在避碰过程中,舰船一般处于机动状态.因而,对机动目标运动要素解算的精度直接影响到避碰的效果.通过对多种模型的比较,选用了"当前"统计模型,"当前"统计模型相对于其他模型能够更为真实地反映目标的机动变化.仿真结果表明,此算法收敛迅速并有较高精度,其解算所得的目标运动要素能够满足舰船避碰等实用要求.     

舰船自动智能避碰数学模型及其仿真研究

为了提高舰船航行的安全和效率,达到最佳操船效果,需要建立舰船自动智能避碰数字模型.当前模型在分析舰船避碰风险度的基础上,通过人工智能、进化计算和软计算等方法实现舰船自动智能避碰,存在避碰识别准确率较低的问题.本文提出一种新的舰船自动智能避碰数学模型,首先对舰船会遇态势进行判断;然后建立预测舰船碰撞风险判断模型,预测本舰船实施自动智能避碰方案后的复航时机是否已到,以及本舰船立即复航是否能够让清目标舰船或其他所有目标舰船;最后依据舰船碰撞风险判断结果,以当前舰船潜在碰撞风险为例,建立舰船自动智能避碰数学模型.仿真结果证明,所提模型能够实现舰船自动智能避碰.     

考虑船位预测不确定性的船舶碰撞危险度计算方法

[目的]船舶碰撞是威胁智能船舶航行安全的主要因素。船舶碰撞危险度计算模型应及时发现船舶航行中潜在的碰撞风险,为智能船舶的自主避让决策提供依据。[方法]首先,根据船舶领域侵入程度与侵入时间等参数,分析基于领域的碰撞危险参数计算模型,将航行场景划分为单船会遇局面和本船与船舶群组的会遇局面,给出一种新的多船会遇情况下的碰撞危险参数计算模型;其次,基于维纳过程对船位预测不确定性进行建模,根据卡方分布获取船位预测不确定性椭圆;最后,给出考虑船位预测不确定性的碰撞危险参数计算方法。[结果]该计算模型能够考虑船位预测不确定性对船舶碰撞危险的影响。[结论]可以进一步保障智能船舶的海上航行安全。     

基于船舶操纵性的最后避让距离数学模型

在几何避碰数学模型中加入船舶转向延时及延时中两船位置关系的变化,并省去有关会遇几何关系的假设,给出两船任意初始状态下,转向完成时目标船DCPA、TCPA的预算模型。安全避让条件是关于DCPA、TCPA的不等式组,其解是开始避让距离d与转向角度ΔC的平面域,解域中d的最小值即对应最后避让距离,且对应一特定转向角度值。此模型对船舶避碰时机决策具有实用价值。     

基于改进的神经网络的船舶碰撞危险度的模型

针对船舶碰撞危险度具有模糊性、不确定性等特点,依据模糊理论方法建立的船舶碰撞危险度的数学模型,直接采用来船航速、来船航向、来船对本船的相对舷角和来船对本船距离作为神经网络的输入,采用Levenberg-Mrquardt优化算法这种改进的BP神经网络进行训练和仿真,并与标准BP算法和动量BP算法进行比较,发现经过改进的网络求得碰撞危险度比标准BP算法和动量BP算法具有更好的效果,网络能够更有效收敛,大大提高了网络的收敛速度和泛化能力。     

水面无人艇动态避碰策略研究

针对水面无人艇局部路径规划的局限性,本文提出基于水面无人艇操纵运动模型的动态智能避碰,根据海事规则将局面划分为对遇、交叉相遇以及追越3种局面,在MMG模型基础上,通过避碰模型改变USV的航速和航向,完成USV对动态障碍物的智能避碰.通过实验仿真表明,该方法有效地完成USV对动态障碍物的危险避碰,符合USV实际航行避碰操纵要求.     

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法.[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响...     

船舶航行自动避让研究--船舶自动避让系统的危险度评价

提出1种船舶航行自动避让系统的组成方式，利用AIS或ARPA获得相关避让数据，根据不同的航行区域与条件，通过对来船的方位、来船与本船的相对距离、DCPA(最近会遇点距离)和TCPA(最近会遇点时间)数据的评价，给出相应的合理避让依据，供系统进行决策和采取自动避让措施，以达到船舶航行安全的目的。