基于船舶领域和MMG的最晚施舵点/CRI研究

提出了一种基于MMG和船舶领域的LSP计算模型,以及改进的空间碰撞危险度（space collision risk index,SCRI）/时间碰撞危险度（time collision risk index,TCRI）模型,并进行了计算机仿真.结果表明：水动力模型精度可满足研究与实践要求;基于二分法的LSP模型能快速、可靠收敛;LSP和SCRI/TCRI模型更符合海员通常做法和避碰规则的公认理解.     

开阔水域多物标动态自适应智能航行方法

考虑船舶操纵特性、《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求,提出了动态自适应目标船不协调避碰行动的开阔水域智能航行方法;将物标分类、建模并构建数字孪生交通环境,结合航向控制方法、操纵运动和复航模型构建了自动航行模型,推演了船舶非线性操纵运动;基于自动航行模型量化解析了《规则》要求,探究动态避碰机理,建立了可行航向求取方法;在多目标环境中,提出了目标船机动判别方法,研究了《规则》约束下构成自主航行方案的改向时机、幅度和复航时机等要素求取方法。仿真结果表明:依靠信息秒级更新的滚动计算,提出的智能航行方法可自适应剩余误差和目标船随机运动;提出的智能航行方法能将可行航向区间和改向幅度精确到1°;将程序运行和复航时机计算步长设置为1、10 s,设置多类静态物标和6艘保向保速目标船,在640、1 053、2 561和3 489 s,本船进行右转9°、复航、保向保速和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点;设置目标船在300 s采取不协调转向避让行动,本船在980、2 790、3 622、5 470 s时进行右转9°、左转12°、右转17°和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点。可见,任意初始状态下的船舶均可沿计划航线自动航行至终点,提出的方法能满足多个、多类动静态物标共存的真实开阔水域环境中的智能航行需要。      

水尺计量误差分析与解决办法

为减少和控制水尺计量误差,应采取各种措施得出正确的海水密度、水尺,压载水量。本文分析评估各种误差以得到准确货量,并采用合适的数学方法,可有效提高尺寸计量精度。     

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。     

基于航向控制系统的船舶动态避碰机理

为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律（避碰机理），研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理，确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下，本船可避让所有物标的航速矢量区间；建立了基于模糊自适应比例积分微分（PID）控制和船舶运动方程的航向控制系统，再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化；基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理，求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间. 研究结果表明，在开阔水域随机设置的多物标环境中，可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合 [?90°，?72°]、[31°，47°]、[62°，79°]，受动态船舶主要影响形成改向范围为（?72°，31°）、（79°，90°] 的碰撞航向区间，符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律，可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法.      

基于操纵过程推演的船舶可变速自动避碰决策方法

为了解决船舶部分场景中仅靠变向避让效果差的问题，研究了多物标环境下符合避碰规则的船舶可变速自动避碰决策方法。基于船舶会遇四阶段理论和船舶领域模型量化船舶碰撞危险度，通过可变速MMG模型和模糊自适应PID航向控制方法推演船舶定、变速改向操纵过程。在此基础上，改进了基于操纵过程推演和速度障碍理论的动态可行操纵区间求解算法。以实船为仿真目标，进行了不同操纵方案下的对比实验和多物标场景下的仿真实验。将程序运行步长设置为1 s，结果表明:①预设他船位置（4 n mile，4 n mile），航向270，航速12 kn，本船位置（0 n mile，0 n mile），航向000，航速12 kn的交叉相遇态势下，变向变速避让和仅变向避让采取操纵行动的最晚时间点分别为711 s和643 s；②在物标较远的多物标环境下，本船O保向保速至663 s，与目标船T_A，T_C，T_D构成碰撞危险，采取目标航向、转速区间为[48°, 61°]、[75 r/min, 85 r/min] 中任意组合可让清所有物标。      

成山角分道通航制水域航行风险辨识与操纵决策方法

针对成山角分道通航制水域船舶航行风险高的问题，对数字化仿真环境、风险辨识、避碰机理和操纵决策开展研究。通过解构成山角水域的构成要素，建立静态交通环境的数学模型，结合船舶动态信息，构成动静结合的数字化仿真环境；基于时间、空间双维度的碰撞危险度模型和本船船位信息，提出碰撞等航行风险的辨识方法；考虑《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求，归纳成山角水域不同会遇局面下的避让原则和方法，结合避碰机理求取最小改向幅度；运用时序滚动和反馈补偿方法，提出能自适应目标船机动特征的操纵决策模型。模拟成山角水域船舶会遇场景，开展多目标船场景下的仿真实验，结果表明:①在自建坐标系的会遇场景中（目标船:坐标位置（44 600 m，62 300 m），航向210°，航速12 n mile/h；本船:坐标位置（41 200 m，38 000 m），航向000°，航速12 n mile/h），基于成山角水域船舶行为的船位推算方法可提前1 168 s识别到碰撞危险；②在随机生成的多目标船模拟环境下，本船在245，617，2 005，2 405 s分别采取右转17°、复航、右转11°、复航操作，可让清所有目标船，满足船舶在该水域航行时操纵决策的需求。综上，提出的方法在成山角水域可更早识别到碰撞危险并进行操纵决策，为船舶在类似分道通航制水域中智能航行的实现提供理论基础。