基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统研究与实现

摘要

经济的全球化带来海上运输业的繁荣，同时也使得港区船舶交通流量日益增加、船舶密度不断增大、航行环境日益复杂，船舶碰撞事故发生的可能性大大增加。船舶碰撞事故一旦发生，将造成巨大的经济损失和严重的港区生态环境污染，因此如何实现船舶碰撞危险的监管，防止碰撞事故的发生是目前船舶研究领域的焦点之一。电子巡航采用现代信息技术和智能算法自动识别船舶流中的风险，它能对雷达和AIS采集到的船舶流信息进行分析，及时发现船舶间存在的危险，为港区船舶碰撞危险监管提供一种有效手段。此外，巡航结果中船舶的避碰往往受多船之间碰撞危险的影响，因此需要一种基于船舶碰撞危险监管分析的避碰辅助方案，为船舶的避碰提供辅助建议。基于以上需求，本文的主要研究工作如下：
　　（1）为了有效识别港区船舶监测目标，需要将雷达和AIS两种船舶航迹数据进行融合，保证危险巡航监管的全面性和监测的准确性。本文通过分析船舶雷达航迹和AIS航迹的特点，构建雷达航迹和AIS航迹的数据融合模型。该模型利用坐标变化、时间校准、航迹模糊关联以及最后的加权融合，完成了船舶雷达航迹和AIS航迹的融合，实现了雷达和AIS各自优势的结合。
　　（2）针对船舶碰撞危险发现和全局监控的困难，提出一种基于最小距离的AGNES港区船舶碰撞危险电子巡航方法。通过引入DCQA和TCQA概念，采用DCPA和TCQA建立船舶碰撞危险判断模型，结合AGNES层次聚类分析算法，实现主动发现港区内存在的碰撞危险点，然后利用热图的形式将巡航结果展示，反映港区各水域的船舶碰撞危险程度。通过该方式能够方便值班人员及时发现危险船舶并提供相应助航服务，且有效提升港区船舶碰撞危险监管能力。
　　（3）针对巡航发现潜在碰撞危险的会遇船舶，本文通过船舶碰撞危险度的灰色关联分析和构建的避碰规则库，提出了一种为船舶避碰提供辅助决策建议的监管方案。在电子巡航发现危险之后，通过提供助航信息，协助船舶避免碰撞事故的发生。
　　（4）应用ASP.NET平台，SQL Server数据库以及ArcGIS Server发布独立海图服务等技术，设计并实现基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统。
　　基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统实现了船舶雷达和AIS航迹的融合、船舶碰撞危险的电子巡航识别、多船会遇时碰撞危险度灰色关联分析以及避碰监管辅助决策支持。在港区交通监管中，该系统能有效提高船舶碰撞危险管控的科学性，提升港区船舶航行安全监控的可视化能力。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及其意义

1.3 国内外研究与发展现状

1.4 本文所做的工作

1.5 本文的组织结构

第2章 基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统总体方案设计

2.1 系统需求分析

2.2 系统功能结构

2.3 系统总体架构

2.4 本章小结

第3章 AIS和雷达的船舶航迹融合

3.1 数据融合概述

3.2 航迹数据融合

3.3 仿真测试与分析

3.4 本章小结

第4章 最小距离的AGNES港区船舶碰撞危险巡航方法研究

4.1 层次聚类算法概述

4.2 最小距离的船舶碰撞危险判断

4.3 最小距离的AGNES港区船舶碰撞危险巡航算法设计

4.4 仿真测试及结果分析

4.5 本章小结

第5章 船舶避碰分析及辅助决策支持

5.1 船舶会遇过程及态势分析

5.2 多船会遇的避碰辅助分析

5.3 基于规则库的避碰辅助决策支持

5.4 仿真测试及结果分析

5.5 本章小结

第6章 基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统实现

6.1 系统开发技术框架介绍

6.2 基于UML的系统实现过程设计建模

6.3 基于电子巡航的港区船舶碰撞危险监管系统的实现

6.4 系统性能测试

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果及参加的项目