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。     

基于最短避碰距离和碰撞危险度的避碰决策支持

为解决目前采用船舶领域进行避碰决策时选用的船舶领域多仅适用于一定水域,且选用的船舶领域模型与碰撞危险度模型考虑的因素不一致的问题,提出基于模糊四元船舶领域的碰撞危险度模糊评价模型。为解决采用最短避碰距离作为目标函数进行避碰决策时未考虑航迹偏差以及时间偏差等因素,以及根据所得的避碰参数采取的避碰措施并不能使总航程最短的问题,提出以航迹偏差、时间偏差和总航程作为目标函数的最短避碰路径模型。在综合考虑船舶领域、国际海上避碰规则和负责航行值班的高级船员的主观意识的情况下,应用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法规划出最优的避碰路径。MATLAB仿真结果表明,该算法能快速获得最优避碰路径,满足海上航行避碰要求。     

船舶自动避浅避礁决策支持系统

以电子海图显示与信息系统作为自动避碰系统有效而可靠的静态信息源和实现动态避碰信息与静态信息的有机融合的媒介,开展船舶自动避浅和避礁决策支持系统的研究,采用矩形搜索区域来检索静态危险碍航物的信息,设计船舶自动避浅避礁决策算法,并对危险水深判定阈值模型和搜索矩形模型进行较深入研究.最后在“航行安全及自动避碰仿真测试平台”进行一定量的船舶自动避浅避礁航行仿真试验.仿真结果表明,该算法具有较好的自适应性,能实现避浅避礁决策的自动生成.     

雷达误差对船舶碰撞危险预警性能的影响

鉴于船舶碰撞危险预警的准确性依赖前端雷达的精度,即雷达误差可能导致危险误判,分析雷达误差对船舶碰撞危险预警性能的影响。分析雷达目标参数计算和船舶碰撞危险判断的原理,建立雷达误差的传递公式;运用概率理论计算雷达误差可能导致预警模型发生误判的概率,进而评估其碰撞危险预警的准确性。以江苏镇扬汽渡船航行避碰智能预警系统为例,评估3种不同精度的雷达对其预警准确性的影响,论证了系统现用雷达的精度能够满足镇扬汽渡船预警准确性的需求。     

基于遗传算法的船舶避碰决策辅助

针对海上船舶避碰问题,提出一种基于多种群遗传算法(Genetic Algorithm,GA)自动生成最优避碰路径的船舶避碰辅助决策方法.该算法采用多种群协同进化的方式,通过建立移民算子和人工选择算子保持种群之间的联系.这种改进的GA不仅能解决标准GA中遗传算子参数设定的问题,而且能提高算法的有效性和效率.利用船舶避碰方面的知识和启发式方法生成初始路径,使其决策方向符合避碰规则的要求,并对种群中的个体进行适应度评价与优化.以精英种群中最优个体的最少保持代数作为算法终止条件,这种判据充分利用GA在进化过程中的知识积累,比最大遗传代数判据更为合理.仿真结果证明了多种群GA在辅助船舶避碰决策方面的可行性和优越性.     

多agent理论和技术在自动避碰决策系统中的应用

将每艘船舶定义为一个agent,提出以互利和缓解整体碰撞危险局面为目标的多agent避碰决策系统,给出基于Visual C 中类框架的混合型agent的体系结构及其巴科斯范式(BNF)描述,并对多agent船舶避碰决策系统工作机制进行阐述,最后指出下一步的研究内容.     

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。     

基于红外检测的船桥主动避碰系统研究

各类跨江跨海桥梁的修建在为经济建设作出贡献的同时,也给桥梁水域船舶通行带来了巨大的挑战。面对日益严峻的桥区航运安全形势,基于夜间行船背景,本文给出了一种能够适应于桥梁水域夜间背景,采用红外物标检测对桥梁水域船舶运动进行检测的算法。采用计算机视觉模型,建立摄像机定标模型,提取船舶的运动状态信息,结合船舶实时运动状态信息,建立碰撞风险预测和防撞决策模块,形成合理化的避碰决策,从而达到船桥防撞预警和主动避碰效果。实验表明该方法,实时性好,精确度较高,具有鲁棒性。     

商渔船碰撞预警模型

为找出浙江沿海商渔船碰撞事故的风险源,根据2008—2013年浙江沿海商渔船碰撞事故的统计资料,梳理出事故的6类原因,归纳其共性特点.将碰撞前后的商船、渔船、环境视为稳定的系统,基于信息熵理论,通过分析事故中的增熵和负熵因素定义预警系统的事故临界点,建立商渔船避碰的预警模型.结合浙江沿海商渔船碰撞事故进行实证分析,得出结论：商渔船碰撞预警系统的事故临界点熵值为0.177;达到该值之前相关船舶应采取避碰措施.该方法可为维持商渔船良好的通航秩序提供参考.     

船载自动识别系统(AIS)在船舶避碰系统中的应用研究

着重探讨了基于AIS信息的船舶避碰系统的组成、动态模型的建立、信号处理等。该系统可增强信息的准确度、可靠性 ,并提高对危险的响应速度。用AIS系统收发的船舶信息 ,可以为船舶提供避碰信息 ,最终为船舶避碰提供了一种新方法。     

一种主观的船舶碰撞危险度评价模型

为比较不同船舶对同一碰撞危险的认识,提出一种主观的船舶碰撞危险度评价模型.在最近会遇距离(Distance to Closest Point of Approach,DCPA)和最近会遇时间(Time to Closest Point of Approach,TCPA)作参数的碰撞危险度计算模型的基础上,加入船舶安全距离圈和最晚施舵时间等主观因素,建立新的碰撞危险度计算模型.利用该模型计算并比较安全距离圈大小和最晚施舵时间不同的船舶碰撞危险度.结果表明,安全距离圈大小和最晚施舵时间不同的船舶操纵者对同一会遇态势下碰撞危险的认识是不同的。     

基于改进动态窗口法的无人水面艇自主避碰算法

为研究避碰规则、无人水面艇(unmanned surface vessel, USV)运动学特点和海上交通复杂度等因素约束下的USV自主避碰技术,在分析初始动态窗口法的基础上,考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREGs)关于避碰行动时机、避让幅度、复航时机等方面的要求,建立融合避碰规则的动态窗口模型,设计融合避碰规则的动态窗口法。通过对比仿真实验验证该方法的可行性和有效性,具有一定的现实意义。     

基于OSG和Bullet的船舶碰撞响应三维仿真

针对目前在航海模拟器中缺少对船舶碰撞响应的三维仿真,提出在航海模拟器中基于开源场景图形(Open Scene Graph,OSG)渲染引擎开发的三维视景中加入Bullet物理引擎的技术方案.根据刚体动力学、接触与碰撞动力学和能量守恒定律,基于Bullet刚体碰撞响应模型,建立船舶三维碰撞动力学模型;运用Projected Gauss-Seidel迭代算法,得到碰撞后船舶实时的六自由度位置姿态参数;根据碰撞检测阶段获取的碰撞点位置参数,实时绘制划痕并添加爆炸特效.该方案已成功应用于航海模拟器视景系统中,渲染效果良好.     

复杂水域慎思型避碰轨迹规划

为解决复杂水域的船舶自主避碰问题,提出一种基于A~*算法的慎思型避碰轨迹规划算法,旨在满足船舶操纵性约束、静态与动态障碍物约束和《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)约束下,规划出一条最经济的航行轨迹。通过无人三体船自主避碰试验和模拟试验,验证算法的有效性,具有较高的参考价值。     

紧迫局面下船舶避碰的微分博弈方法

研究两艘船舶在紧迫局面下的避碰问题,建立避碰问题的微分博弈数学模型,将避碰问题转化为追逃微分博弈问题,用微分博弈的方法推导出追逃双方为了达到各自目的所应采取的最优控制策略,并给出数值模拟算法.研究表明,双方的控制作用使得彼此加速度方向一致时,双方都取得最优控制策略,同时也证明微分博弈方法在处理紧迫局面下的避碰问题时的有效性.     

船舶碰撞引起的自升式海洋平台结构损伤分析

针对船舶与海洋平台碰撞问题,研究船舶不同碰撞位置对平台结构损伤的影响。基于非线性有限元方法对船舶与海洋平台碰撞的场景进行数值模拟。对船首、船中和船尾碰撞这3种情况下的平台损伤特性进行比较分析。结果表明,这3种情况下的碰撞时间、碰撞力和碰撞位移以及平台局部损伤、整体变形和总吸能等存在着较大的不同,平台具有不同的损伤特征。