船舶避碰辅助决策系统

对避碰辅助决策系统的设计目标、系统结构、知识的表示方式、功能模块的组成进行了研究，并通过计算机模拟，取得了较为理想的效果。     

基于避碰规则自动驾驶船舶路径优化的研究进展

在人工智能与大数据背景下, 自动驾驶船舶因其安全、高效的优势吸引了国内外学者的广泛关注。但其避碰相关法律条例与避碰路径规划发展并不均衡。自动驾驶船舶概念在规范条例中仍十分模糊, 传统的路径优化与算法存在一定的偏差, 只局限于全局规划或局部规划无法有效的保障船舶行驶安全性。基于避碰规则梳理了自动驾驶船舶的相关规范, 分析了最新的自动驾驶船舶路径优化研究成果, 阐述了当下自动驾驶船舶路径规划的模型, 包括智能算法.规划目标与约束条件等。针对当下仍存在的自动驾驶船舶避碰问题, 应从定义、监管、责任划分等方面完善自动驾驶船舶法律法规体系, 改良传统避碰路径规划算法容易陷入局部最优解﹑求解过程缓慢等缺陷, 展望了自动驾驶船舶的进一步发展趋势。     

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。     

基于双延迟深度确定性策略梯度的船舶自主避碰方法

为满足智能船舶自主航行的发展需求,解决基于强化学习的船舶避碰决策方法存在的学习效率低、泛化能力弱以及复杂会遇场景下鲁棒性差等问题,针对船舶避碰决策信息的高维性和动作的连续性等特点,考虑决策的合理性和实时性,研究了基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的船舶自主避碰方法。根据船舶间相对运动信息与碰撞危险信息,从全局角度构建具有连续多时刻目标船信息的状态空间;依据船舶操纵性设计连续决策动作空间;综合考虑目标导向、航向保持、碰撞危险、《1972年国际海上避碰规则》（COLREGs）和良好船艺等因素,设计船舶运动的奖励函数;基于TD3算法,根据状态空间结构,结合长短期记忆（LSTM）网络和一维卷积网络,利用Actor-Critic结构设计船舶自主避碰网络模型,利用双价值网络学习、目标策略平滑以及策略网络延迟更新等方式稳定网络训练,利用跳帧以及批量大小和迭代更新次数动态增大等方式加速网络训练;为解决模型泛化能力弱的问题,提出基于TD3的船舶随机会遇场景训练流程,实现自主避碰模型应用的多场景迁移。运用训练得到的船舶自主避碰模型进行仿真验证,并与改进人工势场（APF）算法进行比较,结果表明：所提方法学习效率高,收敛快速平稳;训练得到的自主避碰模型在2船和多船会遇场景下均能使船舶在安全距离上驶过,并且在复杂会遇场景中比改进APF算法避碰成功率高,避让2~4艘目标船时成功率高达99.233%,5~7艘目标船时成功率97.600%,8~10艘目标船时成功率94.166%;所提方法能有效应对来船的不协调行动,避碰实时性高,决策安全合理,航向变化快速平稳、震荡少、避碰路径光滑,比改进APF方法性能更强。     

健全我国内河干、支流交汇水域船舶航行会让避碰法律制度研究

1992年实施的《中华人民共和国内河避碰规则》（以下简称《91内规》）关于船舶在干、支流交汇水域航行、会让和避碰方面的规定，虽然比1979年《内河避碰规则》有较大的进步和完善，但由于全国内河干、支流航道纵横交织的地方特殊性和全国性法律的原则性及统一性，由一部统一的《91内规》去明确具体地规范全国各处的干、支流次汇水域船舶航行避让关系，也是不客观和不现实的。经过对《91内规》10年的适用实践，笔者认为现在很有必要对内河“干、支流交汇水域”的规定加以补充，使其进一步完善，规范船舶的航行和避让运行，避免或减少船舶在该水域发生水上交通事故。     

论海上两船在对遇局面下的避碰

阐明如何认定对遇局面，分析对遇局面与对驶局面的区分方法，介绍对遇局面下产生碰撞的原因和切实有效的避碰措施。     

船舶智能避碰策略测试方法与指标研究

智能避碰策略是实现智能航行的关键技术,其设计缺陷会导致巨大的安全风险、环境风险及经济损失.为获取对智能避碰策略系统有效的测试评价方法,研究并得出测试评价指标体系,以在开阔水域的2艘船舶为研究对象,基于《国际海上避碰规则》研究并量化船船之间的典型关系、行动准则等关键概念,通过解算船舶态势关系得出影响船舶避碰行为的要素,并进行仿真验证.进而以此为基础分析对智能避碰策略可行的测试评价方法,得出构建系统化、量化及典型化测试场景的原则及方法,依托典型测试场景提出测评指标体系的构建原则,为研究构建多船在开阔水域智能避碰测评方法和测评指标体系提供基础.     

基于最优控制的静水面多船避碰控制研究

多船避碰在船舶的导航与控制领域是一个非常困难的问题,传统的几何避碰方法较难处理这类问题。文中采用最优控制方法,从船舶的运动方程出发,由避碰的实现过程设计目标函数,采用广义梯度方法求解。仿真实验结果显示,在静水面情况下,该方法能得到较好的避碰效果。     

《1972国际海上避碰规则》关键条款的智能仿真编程研究

从人工智能的角度对“1972年国际海上避碰规则”中涉及避碰的几个关键条款进行智能化仿真编程,以实现两机动船在开阔水域的自动避碰,并对交叉相遇局面进行了仿真,对仿真结果的分析验证了该程序的实用性。     

基于C-NCAP的侧碰乘员保护对策分析

文章以某轿车为实例,结合整车侧面碰撞试验,就乘员舱设计中白车身、车门、内饰、座椅等具体结构作了一些分析,指出合理地设计乘员舱可以最大限度减少侧面碰撞事故中对乘员的伤害,针对国家侧面碰撞法规以及 C-NCAP 的要求,分析和探讨了提高轿车侧碰被动安全性的主要对策.     

G1501 跨泖港大桥主动防撞系统设计

G1501高速公路跨泖港大桥上跨平申线(上海段)航道。该航道是《上海市“十二五”内河高等级航道建设规划》中首批启动建设的航道,为黄浦江上游三大支流之一,目前航道等级Ⅴ改Ⅳ。改造过程中航道上桥梁被船撞风险高,通过对桥梁预防航道船舶碰撞预警系统工作模式与参数化技术、多源数据三维测量空间的平面转换算法与工程实现技术、基于多源数据融合的船舶通航异常行为的判别技术、桥梁预防航道船舶碰撞预警系统性能优化与工程测试技术等内容进行研究,突破基于多源数据融合的复杂背景下航道多目标检测/跟踪算法、基于多源数据融合的船舶-桥撞击态势预测等关键技术,泖港大桥采用主红外、可见光和激光测距三类传感器复合体制的航道桥梁主动防撞系统。从而实现全天候、全天时、全自动航道桥梁主动防撞监控及预警,其应用效果良好。     

车辆防追尾碰撞安全系统

高速公路的事故类型中追尾碰撞占了很大的比例,因而开发车辆防追尾碰撞安全系统是非常必要的。文章分析了影响行车安全的各种因素,建立了安全车距数学模型,利用现代技术,构造了一种车辆防追尾碰撞安全系统。指出此安全系统能减少由于驾驶员分心和疲劳等原因导致的交通事故,最大限度地提高车辆行驶的安全性。     

车辆碰撞避免系统的设计与仿真分析

汽车作为人们日常出行所使用的交通工具,在给我们的生活带来方便的同时,各类交通事故的发生也导致很多人受伤甚至死亡。为减少乃至避免交通事故的发生,本次研究主要是在不同路面附着状态辨识的基础上进行智能车辆碰撞避免系统的设计,通过联合滑移率和雷达检测的方法进行道路附着状态识别,并运用CarSim与Simulink进行联合仿真,对车辆位移、纵向和横向速度以及加速度进行耦合控制分析,验证本次设计的合理性。     

基于模型匹配方法的汽车主动避撞下位控制系统

针对汽车主动避撞系统下位控制的鲁棒性要求，应用模型匹配控制理论，设计了汽车主动避撞下位系统的控材器；并解决了下位控制系统鲁棒稳定性和鲁棒跟随性难以得到兼顾的问题；通过实车试验结果对此控制器性能进行了验证；获得了较好的效果。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞,改善道路交通安全状况,提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机,获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离,并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险,使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性,采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适,采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制,保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性,基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制,结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差,修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合,结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞,减少交通事故的发生。     

融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型

紧急避障工况下的驾驶人操作具有响应快且动作幅值较大的特点，传统预瞄驾驶人模型已不能适应紧急避障工况的需求，故考虑实际避撞场景开发相应的驾驶人模型就显得尤为必要。针对此种状况，基于驾驶模拟器，结合紧急避撞工况实际驾驶人操纵数据，提出了一种融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型。首先针对紧急避撞工况下车辆运动特点，建立车辆横、纵向耦合非线性动力学模型，并给出其状态空间方程描述；其次，离线仿真分析紧急避撞系统特征，并结合线性二次型最优控制，建立最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型；再者，基于紧急避撞工况下真实驾驶人经验转向行为数据，开发基于势场栅格法的驾驶人模型，为进一步提高驾驶人模型对避障行驶工况的适应性，将基于势场栅格法的驾驶人模型与最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型进行融合，并基于Sigmoid函数实现两者输出的权重分配；最后，针对所提出的融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型，开展基于避撞台架的驾驶人在环仿真试验以及实车试验。研究结果表明：在紧急避撞工况下，对比最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型，融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型输出的转向动作与实际驾驶人行为较为接近，可在保证避障安全性的前提下，兼顾避障路径跟踪精度与车辆行驶的稳定性。     

基于驾驶模拟器的驾驶人制动后制动踏板操作行为分析

制动过程主要由制动前的反应过程以及制动后的减速过程组成.研究制动后避撞行为对于理解驾驶人的避撞行为、建立制动曲线模型等有着重要作用.利用配有8自由度运动系统的高仿真驾驶模拟器,研究了驾驶人在不同前车减速度(0.3,0.5,0.75g)和不同车头时距(1.5,2.5 s)的制动后制动踏板操作行为.利用ANOVA模型分别比较了驾驶人制动后制动踏板操作行为参数的.差异.结果表明,踩踏板速率随着制动时车头时距的减少而增加,并且随着前车减速度的减少而减少;新手驾驶人的踩踏板速率普遍大于经验驾驶人;相比于前车速度的改变,驾驶人对制动时车头时距的变化更加敏感.