基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统

为使船舶在多船避让环境下适应航行环境的变化并自动复航,提出基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统。该系统基于动态势场避障规划算法,利用模糊综合评价法量化船舶碰撞危险度;依据《国际海上避碰规则》确定本船在不同会遇局面下的避让行动,并据此对斥力势函数进行调整。该系统将本船的避碰过程划分为航迹保持、避让和复航3个阶段,根据不同阶段的要求构建动态分阶势场;利用动态分阶势场法对船舶的航行环境进行建模,进而生成恰当的航向指令;利用自动舵产生舵角指令控制船舶完成避让、复航和航迹保持。仿真结果表明:该自动避碰系统可以引导船舶完成既定的避让行动,并能使船舶在安全会遇距离上驶过;该系统可以适应航行环境的变化,且具备航迹保持能力。     

船舶转向避让幅度计算的多目标最优化模型

为了获得更加有效的船舶间转向避让幅度,本文在航海避碰系统中引入最优化技术,并分别建立了单船会遇避让参数最优化模型和多船会遇避让参数最优化模型,同时给出了两个模型的仿真计算结果.     

评估碰撞危险度方法的探讨

确定两船或多船会遇中潜在的可能碰撞危险是正确判断碰撞危险的关键之一。本文从信息论理论出发，采用模糊数学原理提出了一种评估碰撞危险的新方法。该方法考虑了目标船行动的不确定性以及多船会遇中存在的危险性推理碰撞危险度，能真实地反映出驾驶人员在决定采取避让行动过程中的操船心理，因此能直接作为在两船或多船会遇中采取避让行动的依据。     

无人船碰撞相关的责任

为明确无人船的“无人”特征对无人船碰撞相关责任的影响,对船员的避碰责任、船舶间的避让责任以及碰撞后的责任等问题进行研究。结论表明：岸基操控人员与船员在空间位置和配员数量方面的差异,使得需要对良好船艺的评价标准作出相应的改变;若将无人船一刀切地识别为失去控制的船舶或操纵能力受限制的船舶,则不能满足无人船的发展需要;由于无人船技术因素的介入,无人船发生碰撞后可能涉及的侵权责任、救助责任或刑事责任在主体、管辖等方面将面临不同程度的变化。为应对无人船碰撞相关责任问题,建议从明确无人船和岸基操控人员的法律地位、调整国际海事条约的规定、建立针对无人船的约束机制等方面入手。     

试论船舶追越碰撞事故的发生与预防

本文通过对国内外船舶在追越局面中所发生的多起典型碰撞事故的分析,就其产生原因和条件作了研究,并在此基础上,对如何采取有效的避让方法和相应的措施以防止船舶追越碰撞事故的发生,提出了一些设想和建议。同时,文中还针对《1972年国际海上避碰规则》第十三条追越条款本身存在的追越适用范围不清、对追越船和被追越船在追越过程中的具体要求不够明确等情况,提出了修改意见。     

关于来船航行动态和本船避让措施的计算和分析

船舶在航行中与来船相遇时,如何及早精确掌握他船的航行动态和正确确定本船的避让措施,对安全航行起着极为重要的作用。为此,过去在必要时,一般都采用雷达作图方法来求得来船航行动态和本船避让措施等问题的解决。然而,这种作图方法明显地存在着费时间误差较大等缺陷。当前,上述方法正逐渐为船用电子计算机所代替。从雷达上获得的初始数据,经过电子计算机按事先编制的计算程序进行一系列的运算,就能随时给我们提供船舶航行动态和避让措施的正确结果。本文对航行动态和避让措施的计算问题进行一些初步的探讨,以供编制船用电子计算程序时的参考。     

PAD及其局限性

本文介绍了可能碰撞点及预测危险区的概念、形成原理及其有关数据的计算。分析了PAD用在船舶避让中存在的若干局限性。最后,对使用PAD型ARPA及其改进途径提出了一些探讨意见。     

东海大桥非通航孔船舶碰撞风险量化分析与管理对策

为更好地揭示东海大桥非通航孔所面临的船舶碰撞风险,采用空间有限元分析和截面能力计算对非通航孔桥墩的防碰撞能力进行计算,结果显示:东海大桥非通航孔桥墩只能抵抗小于500 t的驳船在漂移情况下速度不大于2 m/s的撞击,600 t的驳船以最低设计航速(2 m/s)的撞击能使桥梁结构失效,故桥梁结构难以抵抗600 t以上驳船的撞击。研究结果表明:东海大桥非通航孔船舶碰撞风险量化计算可以更加精确直观地表现东海大桥非通航孔的防船舶碰撞能力。     

基于船舶领域的让路船决策分析

为解决驾驶员使用最近会遇距离(distance of closest point of approach, DCPA)和最短会遇时间(time of closest point of approach, TCPA)进行避让决策时存在的忽略目标船参数的问题,采用Coldwell船舶领域模型并引入度量参数的方式,推导出具有时间序列的动态避让决策参数——最小缩放因子、领域侵入时间和领域侵入度。基于二分法和推导出的决策参数设计让路船决策流程,使用VC++MFC编程实现MMG模型仿真,并与基于传统DCPA和TCPA的避让决策仿真结果进行对比。结果表明,基于推导出的决策参数的避让决策能够解决基于DCPA、TCPA的避让决策忽略目标船参数的问题,具有预警时间精度高,避让时间短,避让转向角更合理等优势。推导出的决策参数在航线经济最优化和限制水域的避让决策方面都存在实用价值。     

基于船舶领域的碰撞危险度评估模型

为解决船舶避碰决策中对碰撞危险度计算精度不足和对危险目标船辨识性差的问题,使用基于Coldwell船舶领域的危险识别参数改进多船避碰危险度评估模型,比较改进前后模型的精度。使用VC++实现船舶MMG运动模型,对基于改进模型的四船交叉会遇态势作避碰决策仿真。仿真结果表明:对同一危险船,改进模型的精度更高;在多船会遇中,改进模型能够识别运动参数相似的危险目标船,辨识性更高。改进模型可为更复杂的多船避碰决策提供理论支持。     

考虑碳税成本的班轮航线配船与航速优化

针对在节能减排背景下的班轮航线配船与航速优化问题,通过引入碳税政策,将船舶的CO2排放量转换成碳税成本,以班轮周总营运成本最小化为目标,建立航线配船与航速优化非线性规划模型,并设计结合枚举的逐步逼近求解算法。选取4条集装箱班轮航线,利用标准算例库中的数据进行数值试验,结果验证了模型和算法的适用性和有效性。敏感性分析表明:随着碳税税率的提高,船舶航速呈现下降趋势,航线配船数量则呈现增加趋势;虽然船舶周总营运成本增加明显,但总CO2排放量却在下降,且下降幅度逐渐变小。     

能见度不良时船舶近距离避让的不确定性分析

运用信息控制理论原理计算了能见度不良时船舶近距离的避让行为的熵值,得出了能见度不良时船舶避让中不确定性的特点和规律,分析了避让行动不确定性产生的原因     

考虑不规则风浪影响的最小油耗航速模型

为提高单船营运能效,提出一种考虑不规则风浪影响的最小油耗航速定量计算模型．首先进行航段划分,获取海况数据;然后通过增加航行功率修正船舶失速的方法,构建考虑风浪影响的单位时间油耗模型;最后以每航段航速为决策变量,建立最小油耗航速非线性优化模型.考虑到实船应用中最小油耗航速优化算法需具有快速寻找全局最优解的特点,设计初始值算法．以实船某航次运营为例进行了油耗及最小油耗航速计算,结果显示：每海里油耗模型理论值与实测值相对误差在可接受范围内;与不考虑不规则风浪影响的计算模型(平均航速)相比较,采用这种方法计算出的油耗减少了1%,节能效果初见成效．     

船舶自动跟踪航行系统与驾驶自动化的探讨

对日本的船舶自动跟踪航行系统的原理、系统的组成及工作过程进行了介绍,阐明了自动跟踪航行系统在航海中应用的意义,并结合笔者在航海实践中的体会,提出利用计算机程序控制将自动跟踪航行系统与自适应连接在一起,形成一套船舶自动驾驶的设想,以达到除紧急避让局面外,海上航行全部实现自动驾驶的目的。     

能见度不良时避免不协调行动措施的探讨

能见度不良时,船舶发生碰撞事故的概率很高。究其原因,很大一部分是由于当事船舶采取的避让行动不协调而造成的。本文在分析案例的基础上,归纳出不协调行动的表现形式,并提出避免不协调行动的措施。     

船舶能见度不良时近距离避让行为问卷调查与分析

为了全面了解船舶驾驶人员在能见度不良时近距离避让的行为情况和做好船舶碰撞事故的预防工作,笔者最近通过问卷调查的方法对２００多名船长和驾驶员进行了调查。本文简要介绍了这次问卷调查的目的、要求、方法与内容,就调查的统计与分析作了说明,并提出了一些有价值的结论供船舶安全管理与研究人员参考。     

基于AIS信息的船舶进出港航速控制模型

为提升近港航道效率及船舶安全,从船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)集合的大量的海上交通特征信息中获取能够反映船舶进出港规律的、有效的、潜在的信息,建立船舶进出港航速控制模型.根据海上交通工程理论和数据挖掘技术,将实时采集的港口水域的AIS信息存放在数据库中,再通过ETL(Extract Transform Load)进行处理.该数据库具备统计分析船舶进出港各阶段航速分布的功能.以厦门嵩屿港集装箱码头为例,构建相应的数据库,对12万吨级集装箱船舶进出港的航速进行统计,获得此类船舶在进出港过程中的航速分布规律,并根据航速的概率分布特点给出建议航速,为船舶自动进出港、引航员引导船舶及港口主管部门更好地监管通航环境提供理论依据.     

减排背景下北极东北航线船舶航速多目标优化

为控制成本、缩短航期,在考虑硫排放控制区(sulphur emission control area, SECA)、航海碳税等减排政策和北极东北航线气象因素的基础上,建立北极东北航线船舶航速多目标优化模型。通过带精英策略的非支配排序遗传算法(elitist non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)求得针对航运成本和航行时间的帕累托解集,然后采用灰色关联度分析法从帕累托解集中筛选出最佳折中解。选用实船数据进行案例计算,结果表明：运用NSGA-Ⅱ-灰色关联度分析法可以有效地计算出模型的折中解;减排背景下,除有冰航段外,船舶在SECA内外采取不同航速,有利于实现航运成本与航行时间的平衡;降低航海碳税或破冰费有利于加快中欧北极东北航线商业通航的进程。     

船舶营运状态变化对操纵性能的影响

随着船舶尺度、吨位、船型、航速的变化及航线的发展,对船舶安全操纵提出了更高的要求,航海人员除了需要了解船舶在特定情况下的操纵性能外,更应注意营运状态的变化对船舶操纵性能的影响,才能因地、因船制宜地合理地操纵船舶。为了弄清营运状态,如排水量、航速、装载状态及主机转速等因素变化后对操纵性能带来的影响,笔者在大量试验的基础上进行了归纳和分析,取得了营运状态变化对船舶操纵性能影响的一些资料,并给予一定的理论分析,得出若干倾向性结论。据此提出对船舶安全操纵性能的看法和建议。     

对“雷达避碰操纵示意图”的探讨和改进意见

“雷达避碰操纵示意图”是供船舶在能见度不良,仪凭雷达探测而不是视觉所见时对它船采取转向避让用的。本文认为该图具有简明、直观,易于掌握和使用方便等优点,但也有欠妥和不当,并就此作了探讨,提出了改进意见。