风流影响下预估通过危险物的最小距离

船舶在岛礁区或狭水道内航行,为安全通过危险物标,应预估通过危险物标的最小距离。文章提出了考虑风流压差情况下预估此最小距离的方法,可依实际情况采用航迹向倍角法、四点法、特殊角法来快速估算最小距离。此方法无需海图作业,目测物标舷角即可,方便有效实用。     

多航道下船舶最佳导航路线选择方法

为降低船舶航行成本,研究多航道下舰船最佳导航路线选择方法。结合多航道下舰船导航有效宽度、高度、风向、风速以及水流速度因素,求解多航道下每一航道的当量长度,得到各航道的路径长度,结合迪克斯特拉算法,通过标记每一航行节点,选择路径长度最短导航路线;并引入导航路线最小转向角改进该迪克斯特拉算法,实现更精准的舰船最佳导航路线选择。分析实验结果可知：在设定不同初始节点情况下,该方法可快速计算每一航道线路的当量长度,能够在较快速度下选择合适路线;针对每一节点选择的导航路线均可实现最小转向角度与最短路径,并保障舰船在所选路线行驶下实现最低能源消耗。     

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。     

基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计

潜艇航行过程中受到航迹惯性扰动的影响,导致定位精度不高,为了提高潜艇的航迹性能,提出基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计方法,以潜艇航行的俯仰角、横滚角和转向惯性力矩等参数为约束指标,构建潜艇航迹定位的姿态参量控制模型,对定位姿态参量采用遗传算法进行融合滤波,结合Kalman滤波进行小扰动抑制,提高潜艇航迹定位的抗干扰能力,实现航迹定位控制律优化。在控制模块进行算法的程序加载,实现定位控制系统的优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行潜艇航迹定位控制的精度较高,定位抗干扰能力较强。     

基于PID算法的船舶航迹自动控制方法

由于当前船舶航行环境日益复杂易造成船舶航迹偏离等问题,一旦船舶偏离航行易造成严重的安全问题,因此对船舶航迹进行精准控制的要求也越来越困高。由于传统方法缺失自动校正航线等功能,对船舶航迹进行控制仍存在延时、误差等问题,不利于船舶进行准确航行。为了实现船舶航迹自动控制的功能,结合PID神经网络算法对船舶航迹控系统进行优化,基于模糊算法对船舶航行参数进行控制和调整,以便提高船舶沿航线进行准确航行,同时在船舶偏离航线时及时进行检测和校正保持船舶沿标准航迹航行。为检验该方法的有效性,进行了仿真实验,实验结果证明基于PID算法的传播航迹自动控制方法有利于准确保障航迹,自动对船舶航行数据进行分析和矫正,保持船舶控制系统的良好性能。对我国航海战舰控制航迹有一定的指导意义。     

无人帆船循迹航行的控制研究

提出一种适用于无人帆船循迹航行的控制器,并应用于一条1.5m长风帆艇的湖上航行测试。该控制器包含三个独立模块,局部路径策略模块决定帆艇的转向过程;帆自动控制模块根据帆位角和相对风向角的对应关系获取最佳推进力;舵自动控制模块基于从航海经验中提炼的245条模糊控制规则实现航迹调整。1.5m帆艇的湖上测试结果表明,该控制器在多种风场条件下都可有效完成帆艇的循迹航行,具有在无人帆船上实现长程航行的应用前景。     

无人艇直线航迹跟踪算法优化设计

为解决无人艇(USV)直线航迹跟踪工程应用中的航迹转向阶段航向角波动大、航向角曲线不平缓的问题,考虑到航迹切换点圆半径参数R对航向角曲线平缓度的影响,本文以参数R为优化对象,并以横向偏差累积结果为目标函数,提出一种基于二分法查找的参数寻优方法,并且以经典的基于LOS制导律与PID控制律的航迹跟踪算法为设计基础,给出了航...     

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...     

船舶从南到北穿越子午线航迹转向算法修正

为了改进大角度转向算法,针对船舶从南到北穿越子午线航迹转向时,可能出现的不合理转向的特殊情况,给出了通过改变设定航向、整定航向偏差和标志判断施加与原算法相反的舵角直到转向结束的三种修正转向算法。用VC编程实现了仿真,结果表明本改进算法在转向角大于180°或小于-180°时,能够选择其绝对值小于180°的方向转向,施舵合理,加快船舶转向过程并减小航行距离,进一步完善了转向算法。     

最小二乘支持向量机的舰船航向保持非线性控制

现有的舰船航向保持非线性控制在建模过程中最多只能包含3个自由度,导致舰船航向控制不精准。为此设计一种最小二乘支持向量机的舰船航向保持非线性控制方法。首先使用局部最小二乘支持向量机对航行中的舰船进行建模,能够描述出舰船实际航行中的6个自由度,并使用等式约束代替不等式约束,引入反馈校正环节,弥补缺陷,完成模型的构建。在控制算法的设计中,使用模型训练误差均平方值代替松弛变量,且训练过程只需要求解一个线性方程组,简化了运算,使用动态抗饱和补偿器得到最优参数,实现舰船航向保持的非线性控制。通过仿真实验结果表明,使用本文控制方法控制船只的航向角和舵角,控制精度更高,效果更好。     

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。     

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。     

欠驱动自主水下航行器航迹追踪控制

针对自主水下航行器控制需求建立了水下航行器在平面的运动学和动力学模型,具有内部耦合项和不确定性干扰的特征.在航行器驱动器数量少于自由度的情况下,提出了一种在二维平面内的航迹追踪控制器.控制器在预设路径输入的基础上,通过视线法确定航行器目标前向速度和转向角速度,然后通过反步法去逆向寻找确定合适的驱动器输入,使得航行器达到目标运动状态.该控制器在航迹进行有效追踪的基础上,针对航行器不同方向运动状态相互影响的情况进行处理,通过李雅普诺夫稳定性判据验证了控制系统的稳定.最终采用数值仿真对控制器有效性进行验证,并测试了控制器的良好性能.     

船载数字磁罗盘系统设计与校正

介绍所设计的基于磁阻罗盘HMR3000和微处理器MSP430的新型数字磁罗经系统,该系统应用一种新颖的椭圆拟和自差校正方法,实现自动消除自差,避免船舶导航中繁琐的自差修正,实船验证,在航行途中最大误差角小于1.9°,均方差误差角小于1.0°.     

基于数据挖掘的船舶航迹点生成算法

随着船舶航运事业的发展,对船舶航线生成控制精度要求也越来越高,传统船舶航迹生成方法受航行环境影响较大,船舶航迹经常发生偏移等状况,难以保障船舶航行的精准和安全度,不能满足当前船舶航运事业的发展的要求。基于以上背景对船舶航迹点生成算法进行深入研究,结合数据挖掘法对船舶航行稳定性、安全性和经济性的角度出对船舶海量数据进行挖掘,对船舶轨迹点生成方法进行创新和优化。以便精准对船舶航迹点进行规划和决策,增强船舶航行过程中的抗干扰能力,提高船舶航行效率和安全,优化船舶通航避免船舶航迹点错误等问题。为了检验该方法的可行性,对船舶航迹点生成控制算法进行测试,通过对测试结果进行分析证实,基于数据挖掘的船舶航迹点生成算法可更加精准有效的对船舶航行位置进行控制。由此证实,该方法具有较高的仿真精度,适用于船舶航迹点生成控制算法的仿真研究工作。     

考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法

因无人船航迹数据数量级较大,导致现有航迹跟踪算法的跟踪控制误差较大,难以满足现今航运业的需求。故设计了考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法。首先定义无人船运动模式,并根据运动模式相关定义构建无人船航迹描述模型。以此为基础,依据运动模式将无人船轨迹划分为3个集合,提取相应运动模式下的轨迹特征属性,然后计算无人船航迹与期望航迹之间误差,再利用滑模控制器进行误差补偿,实现了无人船航迹的实时跟踪控制。实验结果显示:与现有算法相比较,本文算法横向位置误差降低了1.04 m,航向角误差降低了8.29°,舵角误差降低了8.86°,充分说明本文算法的控制性能更佳。     

基于AIS航迹拟合的船舶航迹带宽度计算与分析

船舶的航迹带宽度值反映了船舶在航行过程中偏离航迹线的程度,可以表征船舶的位置变化情况,能够为船舶通航安全研究和航道宽度设计等方面提供参考依据。基于AIS数据获取船舶位置点进行航迹拟合,并考虑风流压差的影响计算船舶航迹带宽度,与设计规范给出的值进行对比分析,为相关规范的进一步研究和发展奠定基础。     

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。     

基于非线性模型预测控制的无人船航迹跟踪控制方法

为了实现复杂场景下无人船（USV）的实时、高精度、抗干扰运动控制,以欠驱动双推进差速无人船作为研究对象,基于三自由度无人船水动力模型设计非线性模型预测航迹跟踪控制器（NMPC）,在考虑控制约束与状态约束的情况下,根据快速稳定航行的目标设计优化范式,引入多重打靶算法求解思想提升控制器求解速度;根据无人船航行时风、浪、流等环境干扰的特点,设计一种适用于复杂场景无人船控制的非线性干扰观测器（NDO）,根据干扰观测结果对控制模型进行在线补偿,并通过仿真试验,验证了所提控制算法的精确性、实时性和抗干扰能力。     

海上高速航行船舶触礁距离实时计算方法

为了提高船舶航行安全性,并应对航行过程潜在碰撞风险,提出海上高速航行船舶触礁距离实时计算方法。通过航海雷达探测船舶航行环境中的礁石目标,确定极坐标系下的位置坐标后,将其转换地心垂直坐标系下,构建基于PLSTM-FCN的船舶航迹预测模型,从船舶自动识别系统中获取高速航行船舶历史位置、航速、航向、船舶长度、宽度以及吃水深度等AIS数据,将其作为模型输入,模型输出为船舶航行实时位置预测结果,结合礁石目标位置,完成触礁距离的实时计算。实验结果表明,该方法可预测船舶航行航迹,预测MSE值仅为0.002 2;可实现船舶触礁距离的实时计算,计算结果与实际距离误差介于0.77～1.55之间。