基于速度障碍法和动态窗口法的无人水面艇动态避障

  目的  旨在研究密集障碍物海况下无人艇的自主避障问题。  方法  为此,提出一种基于模糊推理的改进型双窗口动态窗口法（DWA）避障算法,即在常规速度窗口的基础上设计基于艇载传感器的感知窗口,构成双窗口模型以进一步优化约束速度空间,然后根据障碍物的分布,动态调整评价函数权值。  结果  仿真实验结果显示,相比原始DWA算法,改进算法在未知密集障碍物海况下规划的路径更加合理、光滑,可避免无人艇从密集障碍物群外绕行,同时确保了避障航行安全性,迭代次数和运行时间可缩短20%以上。  结论  研究成果对无人艇自主避障技术发展具有较为明显的科学价值和实际意义。     

基于船舶领域的内河船舶避障方法研究

针对内河船舶避障问题,引入船舶领域方法,并运用内河领域模型进行避障仿真研究。仿真结果表明,该方法切实可行,能达到较好的避障效果。     

基于虚拟力场法的船舶避障功能的实现

为了实现船舶的避障,应用虚拟力场法建立了避障模型,描述了目标点的虚拟引力和障碍物的虚拟斥力之间的关系,运用Move_to_goal和Avoid_obstacle行为设计,实现了从船舶运动坐标值到控制量的转变,从而导出船舶避障实现算法流程,使船舶能够实时地避开障碍最后到达目标点.结果证明,船舶能够在多变的周边环境中实现避障功能.     

基于动态窗口法的无人艇局部路径规划

本文设计了一种基于动态窗口法的无人艇局部路径规划方法。首先建立无人艇运动学模型,结合艇体机动性能给出无人艇运动方程。然后根据无人艇在短时间间隔内能达到的速度设置搜索空间,进而组成动态窗口。在动态窗口中确定速度产生的安全轨迹,设置动态窗口法轨迹评价函数选出下一时刻无人艇航行的最优轨迹,并在Matlab中进行仿真验证。结果显示,本文所设计基于动态窗口法的无人艇局部路径方法可以有效结合水面无人艇运动学参数,并充分考虑避碰规则以及障碍物因子,在其趋向目标点的同时也有效躲避障碍物,提高水面无人艇的自主避障能力。     

基于实船观测的大型船舶回旋水域尺度研究

我国原规范主要采用较小吨级船舶调头数据分析得出回旋水域尺度。为了验证原规范的规定是否能够满足大型乃至超大型船舶调头需要,在我国多个典型港口,通过实船观测共获得了57艘船舶的回旋水域半径数据样本,并对这些实测数据进行统计分析,得出大型船舶回旋水域尺度规律性结论,为规范修订提供技术支持。     

基于网络感知信息的船舶航迹规划智能避障方法

为实现智能避障,确保船舶航行安全,设计基于网络感知信息的船舶航迹规划智能避障方法。高效感知船舶本身及附近环境信息,精准获取船舶本身及附近船舶位置信息。依据位置信息构建船舶航迹规划中碰撞危险度模型,判断本船是否存在碰撞危险。若存在碰撞危险,则采用模糊神经网络智能控制船舶航行方向完成智能避障。试验结果表明：该方法可精准感附近信息,在简单与复杂航迹环境下均能够实现智能避障;本船与附近船舶距离高于安全距离,船航向角变化曲线平稳、无抖动情况,确保船舶航行安全。     

近海船舶应急消防泵及其系统的安全检查

阐述对船检规范有关条款的理解,指出应急消防泵及其系统作为船舶安全检查必查项目应以规范为准绳,针对常见缺陷提出处理建议。     

船舶海上事故避障路线自导方法研究

传统避障路线方法只能躲避比较明显的故障物,对于小型故障物或是静态故障物躲避能力较差。针对这一问题,研究了一种新的船舶海上事故避障路线自导方法,首先对海上故障信息进行确认,获取障碍信息,然后确定躲避障碍的方向,最后进行多次细化。为检验方法可靠性,与传统避障路线方法进行对比,结果表明,本文船舶海上事故避障路线自导方法不仅能够躲避明显的故障物,同时能够躲避小型故障物和静态故障物,使船舶航行的安全风险大大降低。     

交互式水域环卫机器人的避障路径规划算法

为使交互式水域环卫机器人（Interactive Water Sanitation Vehicle,IWSV）在进行垃圾收集时成功捕获水中浮动垃圾并顺利规避水域障碍物,提出一种将基于采样的快速搜索随机树（Rapidly-exploring Random Tree,RRT）算法与速度障碍模型相结合的路径规划算法。利用双目摄像头基于视差定位法获取水域动态障碍物的位置坐标,利用IWSV搭载的感应元件获取其自身与障碍物的相对方位角,基于速度障碍法计算可成功避开障碍物的移动角度调整范围,对更优的RRT*算法中的随机采样过程进行进一步优化,得到改进的避障路径规划算法。考虑实际应用场景,引入抗积分饱和比例积分微分控制（Proportional Integral Differential Control,PID Control）法使航向控制器的控制效果更为精准有效。在实景测试时避障路径规划算法存在稳健性,基于到达时间（Time of Arrival,TOA）定位法进行仿真分析。仿真试验结果表明,该路径规划算法比RRT算法和改进前的RRT*算法路径规划效果更优,可靠性更好,可在较短时间内避障并得到较优移动路径。在实景测试时基于TOA的Chan算法更加符合定位估计需求,且IWSV本体感应装置的噪声测算宜在10 m以内。     

复杂水域船舶进出港全过程仿真建模方法

本文对比分析了国内外应用各种建模方法在船舶通航研究中的优缺点,提出了一种基于多智能体信息交互的港口运营系统仿真建模方法,旨在拟实反映复杂水域船舶进出港的全过程。结合多智能体系统仿真理论、离散事件仿真理论与多元数据统计分析方法,实现了对复杂水域船舶进出港全年全过程的精细化仿真,并系统总结了可通过建模解决的关键研究问题。     

珠江口水域船舶动态管理现状分析

船舶动态管理正作为一种全新的管理理念逐步被社会、港航单位和管理部门所接纳,本文通过对珠江口水域船舶动态管理现状及影响珠江口水域通航环境、通航秩序的一些主要问题进行分析,提出相应的对策,以便更好地维护珠江口水域通航环境、通航秩序。     

限制水域船舶纵向下水的动力学分析

为了对限制水域内船舶纵向下水运动进行完整而准确的预报,考虑兴波阻力、粘性阻力、锚链力、钢缆力、水流力、横向侧推力的动力效应以及不对称水域等因素对下水运动的影响,针对下水各阶段建立了船体运动模型,提出了一种较为完善的限制水域内下水运动理论计算方法.采用该方法对一艘45000吨化学品/成品油轮的下水运动进行了预报,并与实船下水测试结果进行了比较分析.结果表明,此方法可以较好地模拟船舶下水运动,为分析和判断船舶下水的安全性提供了依据.     

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。     

激光测距技术的船舶避障研究

船舶在海上航行时,影响航行安全的障碍物主要有礁石、桥墩以及航线上其他船舶等。为了提高船舶航行安全,降低碰撞事故发生的几率,进行船舶航行的避障技术研究有重要的价值。本文介绍一种脉冲式激光测距技术,基于该技术开发舰船的避障系统,并重点设计了激光测距船舶避障系统的信号电路。     

基于船舶领域的桥区水域范围划定方法*

桥梁布设在通航水域的桥墩以及通航孔在一定程度上限制了船舶的航行,划定桥区水域对指导船舶安全航行具有重要意义。通过梳理当前桥区水域法规中船舶航行限制,分析划定桥区水域的影响因素;以桥梁涉水桥墩对航道内在航船舶的影响为依据,基于船舶领域理论设计了桥区水域宽度和纵向长度计算方法,可依据桥梁特点及航道水域特征对桥区水域进行划定,实现桥区水域划定的一桥一策;利用该方法对长江某大桥的桥区水域进行划定。结果表明,与传统桥区水域划定方法相比,该划定方法能够在保障船舶桥区航行安全的基础上,减少对航道内正常航行船舶的约束,同时可避免岸线资源的浪费。     

基于船舶操纵模拟的某海港码头港内水域布置优化

针对自然水深不足且较为复杂的港内水域,仅仅依据规范条文提出的设计方案不能完全满足船舶港内作业的需要。文章结合某工程实例,应用船舶操纵模拟试验,研究了船舶港内作业对于港池水域的要求,根据试验结果对港池水域布置方案进行了优化。     

基于动态水域网格计算的船舶领域研究

为了满足现代船舶的发展需求,结合船舶自动识别系统(AIS)数据量巨大,包含了丰富的船舶信息等优点.本文利用SQL2012对AIS数据进行处理,建立包含船舶静态信息和动态信息的数据库;借助C#程序语言,构建以中心船舶为原点的网格坐标系,并以船舶间相对距离方位计算周围船舶在网格中的相对位置坐标;对同长度和类型的船舶进行网格叠加计算,并以船舶频数的方式进行统计,采用数据处理软件Matlab以最小二乘法的方式对统计结果进行处理;对研究水域的主要船型不同尺度的船舶领域进行对比和统计分析,并对不同船型船舶领域略作讨论,总结得出开阔水域船舶领域的特点.     

基于动态水域网格计算的船舶领域研究

为了满足现代船舶的发展需求,结合船舶自动识别系统(AIS)数据量巨大,包含了丰富的船舶信息等优点。本文利用SQL2012对AIS数据进行处理,建立包含船舶静态信息和动态信息的数据库;借助C#程序语言,构建以中心船舶为原点的网格坐标系,并以船舶间相对距离方位计算周围船舶在网格中的相对位置坐标;对同长度和类型的船舶进行网格叠加计算,并以船舶频数的方式进行统计,采用数据处理软件Matlab以最小二乘法的方式对统计结果进行处理;对研究水域的主要船型不同尺度的船舶领域进行对比和统计分析,并对不同船型船舶领域略作讨论,总结得出开阔水域船舶领域的特点。     

复杂动态环境下船舶操纵系统避障自适应控制方法

为使船舶方向舵角与航向角之间物理夹角与航迹转向角数值变化趋势保持一致,实现船舶精准避障,提出复杂动态环境下的船舶操纵系统避障自适应控制方法。根据船舶避障过程,规划待通过的船体安全行进路线,完成复杂动态环境下的船舶操纵系统避障轨迹建模。建立船舶操纵运动方程式,根据运动坐标值的自适应转换原理,实现对船舶避障轨迹的精准控制。实验结果表明,自适应避障方法可将方向舵角和航向角的夹角与航迹转向角间的最大差值控制在10°以内,符合准确避障的船舶航行需求。