基于电子海图与速度矢量的多船避碰辅助决策研究

摘要

船舶智能避碰问题研究，特别是多目标避碰问题，一直以来是智能航海领域的研究热点和重点。船舶碰撞事故不仅会造成巨大的经济损失和人员伤亡，也会对环境造成巨大破坏。多目标的船舶智能辅助避碰系统的研究与应用，能减轻船员的劳动强度，减少由人为因素引起的船舶碰撞事故，从而在一定程度上保障船舶的安全航行和保护水域生态环境。
　　本文在实验室“基于多源信息融合的船舶驾驶数字化仿真关键技术研究与应用”课题（该课题获得湖北省2014年度科技进步三等奖）的基础上，将船舶驾驶、避碰理论和计算机相关技术相结合，以多种类型的船舶模型为本船，在船舶驾驶数字化仿真平台支撑下，利用速度矢量原理对碰撞危险和多船避碰问题进行了较为深入的研究，并在电子海图上进行了仿真实验。
　　船舶驾驶数字化仿真平台能提供船舶自动识别系统(AIS，即AutomaticIdentification System)、GPS、雷达等信息。本文在此基础上，结合电子海图，通过信息融合技术来获取本船周边相关障碍物信息，作为多目标避碰的基础数据。在探究关于船舶碰撞危险评价方法的基础上，结合避碰规则和实际驾驶中的通常做法，选取了最近会遇时间(DCPA)、最近会遇距离(TCPA)、目标间会遇角度等指标，并结合速度矢量原理，建立船舶碰撞危险度的评价模型，综合评价碰撞危险。在考虑船舶运动模型的情况下，利用速度矢量原理，提出转向避碰方案，并通过自动舵进行仿真实验。
　　最后，在船舶驾驶数字化仿真平台支撑下，在电子海图环境中进行仿真实验，验证了基础数据获取的有效性、碰撞危险评价的合理性和转向避碰方案的可行性，为多目标船舶避碰提供了一定参考。同时，信息的交互均采用标准的AIS、GPS语句等，这为在实船上的使用提供了可能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文的组织

第2章 系统框架与研究基础

2．1 船舶避碰辅助决策系统框架

2．2 研究基础

2．3 小结

第3章 船舶碰撞危险分析

3．1 碰撞危险度定义

3．2 影响碰撞危险度的主要因素

3．3 会遇局面分析

3．4 危险度计算

3．5 小结

第4章 多源避碰信息的接收和预处理

4．1 电子海图信息的提取与处理

4．2 AIS信息接收与处理

4．3 雷达信息接收与处理

4．4 小结

第5章 基于速度矢量的船舶避碰研究

5．1 船舶运动模型选取

5．2 基于奖惩机制的改进蚁群算法的路径规划

5．3 基于速度矢量的避碰

5．3．1 单避让目标情形

5．3．2 多避让目标情形

5．4 仿真实验

5．5 小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目