基于AIS-ECDIS的船舶避碰辅助决策研究

摘要

船舶碰撞事故是所有海上事故的首害，不仅造成重大的经济损失和人员伤亡，还严重威胁海洋生态环境的健康。究其原因，主要原因是人为失误造成的，为了有效减少和避免人为原因造成的船舶碰撞事故的发生，促进船舶自动化技术的发展，保证船舶的安全航行，本文结合船舶自动识别系统、电子海图显示与信息系统技术开展船舶避碰辅助决策的研究。
　　 一直以来，雷达作为船上主要观测设备用来检测和识别船舶，终因其受自身因素和气象条件的影响，其结果“差强人意”。随着计算机技术和信息技术的快速发展，电子海图显示与信息技术、AIS技术应运而生，这为船舶自动避碰技术的发展带来了新的曙光。AIS系统主要用于船舶避碰和海上交通管理系统，能够连续的提供船舶的信息，与雷达相比具有信息量大、实时性好、抗干扰能力强和越障碍传输。ECDIS的主要作用是促进船舶航行安全，它不仅是纸质海图的电子化，它能为驾驶员集成各种相关的航行信息，并能够实时显示，与以往的导航系统相比具有自动显示本船船位、水深、环境等信息，而不必去查看海图、GPS系统等。鉴于其强大的优势，建立基于AIS-ECDIS的船舶避碰辅助决策对减少人为失误，提高航行安全十分必要。
　　 在避碰辅助决策的研究过程中，首先对船舶避碰领域的知识进行了分析，研究了船舶碰撞过程、会遇态势及其所对应的避碰对策。根据国际海上避碰规则，采取定性与定量相结合的方法，对开阔水域下对遇、交叉、追越三种局面进行了划分，确定了不同局面下的船舶安全通过距离。接着根据AIS所提供的信息，对本船和来船的运动参数等进行了计算，以及探讨了船舶转向、变速等对DCPA、TCPA影响变化。根据DCPA、TCPA概念的含义，采用模糊数学和神经网络相结合的方法建立了船舶碰撞危险度数学模型，该模型考虑了多因素对危险度的综合影响。最后探讨了确定船舶避碰行动开始的时机和避让幅度的模型以及关于多船同时会遇时的避碰辅助决策问题。
　　 本文利用Visual Studio2008软件作为开发平台对船舶避碰辅助决策过程进行模拟实验，模拟结果表明该避碰决策系统对两船间的会遇局面能够做出合理的避碰辅助决策，能有效解决船舶碰撞问题和提高海上航行安全。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1船舶避碰辅助决策研究的重要性

1.2船舶避碰辅助决策系统的研究概况

1.3基于AIS-ECDIS的船舶避碰辅助决策研究意义

1.4本文主要研究方法

1.5本文主要研究内容

第2章船舶自动识别系统AIS

2.1 AIS技术产生的背景

2.2AIS系统的组成与功能

2.2.1AIS系统组成

2.2.2AIS主要功能及工作模式

2.3AIS配备与管理

2.4实施AIS对船舶避碰的影响

2.5本章小结

第3章 电子海图显示与信息系统ECDIS

3.1 ECDIS的由来及发展

3.2 ECDIS的组成

3.3 ECDIS的功能

3.4电子海图显示与信息系统的主要优点

3.5 AIS-ECDIS组合用于船舶避碰的优势

3.6本章小结

第4章基于AIS-ECDIS的船舶避碰辅助决策数学模型

4.1船舶避碰过程

4.1.1船舶会遇阶段的划分

4.1.2船舶会遇态势划分及避让责任

4.1.3船舶避碰过程

4.2安全通过距离

4.2.1船舶安全会遇距离d1

4.2.2船舶安全通过距离d2

4.3船舶避碰参数计算

4.3.1船舶运动参数

4.3.2来船之间的运动参数

4.3.3变向、变速对DCPA和TCPA的影响

4.4船舶碰撞危险度及数学模型

4.4.1船舶碰撞危险度的影响因素

4.4.2船舶空间碰撞危险度的确定

4.4.3船舶时间碰撞危险度的确定

4.4.4船舶碰撞危险

4.5船舶避碰辅助决策

4.5.1船舶避碰时机

4.5.2船舶避碰幅度

4.6多船同时会遇避碰辅助决策

4.6.1多船同时会遇避碰准则

4.6.2多船同时会遇避碰辅助决策

4.7本章小结

第5章船舶避碰辅助决策模拟实验

5.1系统设计

5.2系统流程

5.3避碰决策模拟

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1论文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加的项目