谢朔, 初秀民, 柳晨光, 吴青[1]2016年在《船舶智能避碰研究综述及展望》文中提出由于水上航运密度越来越大、航道越来越复杂,船舶避碰的智能化研究逐渐受到了水上交通安全研究领域的重点关注,对航运安全具有重要意义。在分析总结国内外基于专家系统、模糊控制、神经网络以及人工势场这4种重要的智能避碰系统研究成果的基础上,从避碰模型和避碰信息2个方面探讨了船舶智能避碰面临的关键问题,阐述了动态描述的避碰模型和基于权重的避碰信息划分方式,最后对船舶智能避碰系统的发展趋势进行了展望,分析了立体化船舶领域和避碰模型在线辨识等研究趋势。
程细得[2]2003年在《船舶智能避碰专家系统研究及开发》文中研究表明船舶碰撞，不但损坏船体、危及货物，甚至造成船毁人亡、海洋污染，其后果之严重、危害之大，堪称航海之大劫，船舶避碰及安全航行因此也一直是国际航海界关注的重要课题。近年来，随着海上贸易量大幅增加且船舶趋向大型化，再加上海上日益增多的钻探设施，每年都有上百艘船舶发生碰撞事故，对军用舰艇而言还影响军事任务的完成。虽然人们采取了很多措施，但船舶碰撞事故还是屡屡发生。咎其原因，不难发现绝大多数碰撞事故都是由于航海者的疏忽、过失以及严重违反海上避碰觌则所导致。因此减少人为失误是减少船舶碰撞和海上交通事故、提高船舶航行安全的关键环节。世界各国都在寻求有效的自动避碰手段以减少碰撞的发生。 本文构建了一种船舶智能避碰专家系统。在系统的研究过程中，首先对船舶避碰领域知识进行分析，并研究了船舶碰撞的原理、过程及对策；然后运用模糊数学理论，建立了一种评判碰撞危险度的模糊数学模型，该模型考虑了船舶的操纵性能、能见度等多种因素；接着根据专家系统理论，提出了一种船舶智能避碰专家系统的设计思路，并构建了一种船舶智能避碰专家系统的框架；最后以Visual Basic 6.0作为软件开发平台，设计了一种具有良好的可视化人机交互界面的船舶智能避碰专家系统软件。值得指出的是，本文将船舶操纵运动仿真模块引入智能避碰专家系统中，可以为船舶避碰决策提供检测。 船舶智能避碰专家系统是目前国内外航海界研究的一个热点问题。本文提出的船舶智能避碰专家系统，经计算机仿真模拟，结果与实际相吻合，取得了良好的效果。
陈国权[3]2016年在《船舶避碰自动化关键技术研究》文中研究表明随着船舶日益大型化、快速化,船舶碰撞、搁浅等海难事故时有发生。研发基于国际海上避碰规则的智能避碰决策支持系统可大大降低海难事故的发生率,并提高我国自主产权综合船桥系统的研究水平和国产化程度。论文在前人船舶拟人智能避碰决策支持(PIDVCA)的研究成果基础上,通过分析原有方法中存在的不足,提出了解决问题的优化方法和模型,进一步拓展了船舶智能避碰决策自动化方法的深度与广度。本文所做的主要工作如下：(1)提出了一组智能避碰自动决策优化算法。通过对船舶拟人智能避碰决策理论进行了一系列的理论完善与优化,具体包括：目标交会特征识别算法的完善、船舶碰撞危险度判断阈值量化数学建模及其优化、船舶安全会遇距离估算模型的优化、船舶预测复航限制时间模型的完整性推证及其算法的完备性论证、基于特殊交会特征下的最晚施舵时机的避让方法及幅度求解的优化。同时提出了沿用智能避碰自动决策单独或者同时自动避让孤立静态碍航物以及动态船舶的方法。经过仿真测试,使用该方法单独避让孤立静态碍航物或者同时避让动静态碍航物的方法可行。(2)提出了一种动态评判船舶碰撞危险及危险度的计算模型,更加科学地从整体上使用智能评判算法得出船舶避让的难易程度；提出了两船间船舶避碰决策协调与通报自动化的优化算法,以确保智能避碰自动决策方法达到预期的实施效果。(3)根据智能避碰决策自动化方法形成特点,提出了一种可以直观体现机器决策并与国际海上避碰规则(COLREGs)重要条款相对应的16条机器规则(即两船会遇与多船会遇态势下智能避碰决策自动化方法的机器规则条款),针对每一条机器规则进行了详细的理论分析以及案例解析,以确保海上实际使用的可接受度与可行性。(4)提出了一种开阔水域船舶航行自动化算法及船舶智能避碰自动决策方法关键模型算法完备性的测试方案,搭建了近似海上实测环境的开阔水域船舶航行自动化关键算法验证仿真平台,在该平台上开展船舶航向控制、航迹保持以及船舶自动避碰的系统测试。重点在该平台上进行两船自动避碰与多船自动避碰的案例测试,测试结果显示智能避碰自动决策方法的可靠性以及准确性已经初步达到工程实际应用的程度。(5)开展船舶智能避碰自动决策技术实用化设计以及航海模拟器上的应用研究。为使智能避碰自动决策方法能投入工程应用,提出了船舶智能避碰辅助决策支持功能的设计方案,包括船舶碰撞危险度排序、避让重点船提示与自动试操船用户界面设计与实现。针对现有航海模拟器存在的不足,提出了构建智能航海模拟器的思路,实现智能目标船与本船的智能化功能设计。本文针对开阔水域船舶避碰自动化关键技术进行了深入的研究,为船舶避碰辅助决策系统的研发打下了良好的基础,为实现船舶航行自动化迈出关键性的一步。
朱沁[4]2004年在《多船会遇的船舶智能避碰专家系统研究与仿真》文中研究表明海上船舶碰撞事故是航行安全的首害，在海上交通事故中占有很大比例。随着海上贸易的发展和人们对海洋资源需求的日益增加，每年都有大量船舶碰撞事故的发生，给世界带来了巨大的生命和财产的损失，也严重破坏了还有海洋生态环境。如何避免船舶间发生碰撞是确保船舶安全航行的重要环节，也一直是国际航海界非常重视的问题。究其原因，绝大多数碰撞事故都是由于操纵者的疏忽、过失以及严重违反海上避碰规则所导致。因此，减少人为操纵失误是降低船舶碰撞事故率和提高船舶航行安全的关键。目前，世界各国都在寻求有效的自动避碰手段，以减少碰撞的发生。 本文主要研究多船会遇船舶避碰专家系统。在系统的研究过程中，首先对船舶避碰领域知识进行分析；然后用层次分析法实现了多船会遇避碰决策，并且在碰撞危险度的基础上实现了行动时机、避碰方案与转向幅度的计算；接着根据专家系统理论，在船舶智能避碰专家系统的基础上构建了多船会遇的避碰专家系统的框架；最后，以Visual Basic 6.0作为软件开发平台，并结合Matlab 6.0软件，设计了一种具有良好可视化人机界面的多船会遇避碰仿真专家系统软件。值得指出的是，本软件在给出了避碰方案、行动时机、转向幅度与复航时间的基础上，实现了多船会遇船舶避碰决策的自动仿真。 为了检验该系统的可行性，对几种典型的多船会遇局面进行了计算机模拟，结果与实际吻合，取得了良好的效果。
郑茹菁[5]2017年在《基于物联网架构的智能航海避碰算法研究》文中认为随着“一带一路”战略的提出,“21世纪海上丝绸之路”构想将中国海运事业提升至一个新高度。海运量增长的同时也给安全航海带来前了所未有的挑战。目前,航海安全主要依靠值班驾驶员在雷达、自动识别系统(AIS)、自动雷达标绘仪(ARPA)等辅助设备协助下对碰撞危险进行判断。但船-船相碰事故有增无减,带来极大的财产损失和人员伤亡,如何更有效地预防海上船舶碰撞事故的发生成为亟待解决的问题。为提高航海安全性,各国学者对智能避碰决策做了大量工作并取得一定成果。而随着物联网技术在智能交通、智能家居、健康监测等多个领域的逐步渗入,整个社会变得更加智能化。本文通过深入研究物联网和智能算法的相关理论,将其关键技术综合应用到智能航海避碰中。提出了基于物联网架构的智能航海避碰系统模型,设计了一种可以实时预测船舶碰撞风险度的智能航海避碰算法,该算法可提前“预知”船舶在下一时刻抵达位置处的碰撞风险程度并在危险来临前推送避碰优先序列。本文所做的工作如下:(1)提出了基于物联网架构的智能航海避碰系统模型。该模型包括感知层、传输层和应用层。其中,感知层以性价比更高的智能传感器模块为主体对各类航海信息进行实时采集;传输层以物联网中间件及Zigbee协议为基础进行信息传输。最后由应用层的智能避碰算法分析、预测船舶碰撞风险并作出避碰优先序列决策。(2)通过深入研究国内外智能避碰算法,基于层次分析法(AHP)和BP人工神经网络算法设计了一种改进的智能航海避碰算法。该算法加入了环境因子,使整个算法可根据实际环境的改变而实时调整策略,具有实际应用价值。首先,本文基于AHP确定影响安全航海的各环境因素所占的权重,将采集到的各影响因素值与其权重相结合,动态确定环境因子;根据感知层采集到的实时数据与环境因子综合确定最佳预测时间T。其次,运用BP神经网络算法学习船舶的航海习惯;基于训练完成的BP神经网络预测T时刻后船舶可能抵达的位置坐标P。最后,根据航海学知识建立模型,判断P处的碰撞风险度;根据不同船舶与本船之间碰撞的风险度大小建立避碰优先列表,供值班驾驶员参考。(3)本文基于MATLAB平台对改进的智能航海避碰算法所有步骤进行建模仿真,以渤海海域内渔船、货船等实际船舶的历史航行记录数据作为测试用例进行实验,评估验证本文提出的改进算法的可用性和有效性。
邱志雄[6]2009年在《海上船舶碰撞搁浅危险监管方法的研究》文中提出为研究海上船舶碰撞、搁浅危险监督管理的方法,构建保障沿海船舶航行安全、防止水域环境污染的最后一道防线,最大限度地避免船舶交通事故的发生,本文归纳总结了海内外专家学者在船舶碰撞、搁浅、决策支持等方面研究的现状及存在问题,对海上船舶碰撞、搁浅危险性和船舶避碰、避浅行动的实践进行了研究。在此基础上研究并提出船舶形成碰撞紧迫局面时间(TCQA)和船舶形成搁浅紧迫局面时间(TCQG)的概念及其数学模型；建立船舶碰撞、搁浅危险判定准则和评价数学模型；基于AIS在船舶航行安全中发挥越来越重要作用的现实,提出并组织研制了远程网络数字化多终端VHF无线电话(Net VHF);最后,提出海上船舶碰撞、搁浅危险监管智能决策支持系统的设计思路。本文对所提出的数学模型进行了模拟检验,结果表明：模型融合AIS、VTS、ECDIS等信息,综合考虑影响船舶碰撞、搁浅危险监管的各种主要因素,满足远程、实时船舶碰撞、搁浅危险监管的要求。其中,TCQA和TCQG可作为一种新的船舶碰撞、搁浅危险判定与报警方法,避免了以往研究将TCPA作为船舶碰撞危险判定的主要因素和以船位抵达报警线作为船舶搁浅危险报警所存在的缺陷。Net VHF作为一种新的船岸无线电话通信方式,拓展了VHF无线电话岸上的通信距离,实现与海事AIS信息网同样覆盖的远程船岸直接、实时的无线电话通信,满足远程海上船舶碰撞、搁浅危险监督管理的无线电话通信需求。所提出的海上船舶碰撞、搁浅危险监督管理智能决策支持系统基本框架,通过海上船舶当前和最大碰撞、搁浅危险及发生碰撞、搁浅紧迫局面的紧迫程度,以及船舶避碰、避浅建议方案的实时评价与决策,实现海上船舶碰撞、搁浅危险监督管理的智能决策支持。
孙海南[7]2013年在《基于AIS和电子海图的船舶智能避碰系统研究》文中研究指明近年来,我国的经济取得了飞速的发展,我国的航运业也得到了快速的提高,船舶的大型化和高速化已成为一种趋势,近年来的数据统计结果表明,船舶碰撞事故越来越多,并且由于碰撞所造成的危害也变的越来越大。船舶如何避碰问题已成了目前一段时间内急需解决的重要问题。船舶智能避碰决策,有助于提高船舶航行的安全性,减少人为因素的影响和人的劳动量,对世界的航运业的发展有重要意义,是今后一段时间的主要和重点的研究方向。针对目前的这种局面,世界各国已经着手开始了船舶智能避碰的研究工作并取得了一定的研究成果。我国对船舶智能避碰的研究始于20世界80年代。本文在查阅了大量的参考文献的基础上,结合课题的实际情况,首先论述了船舶智能避碰系统的国内外研究现状和研究意义,介绍了AIS数据的组成及存储方式及解码关键技术,以及电子海图的传输标准、显示标准及S63电子海图的加密保护技术,建立了船舶运动和避碰决策的数学模型,并通过计算机VC++编程予以实现,具体工作如下：(1)实现了AIS加密数据的解码技术,将二进制的AIS加密语句解码为通俗易懂的白话语句,通过计算机编程予以实现；(2)建立了船舶的运动模型,包括定常运动模型、转向运动模型和变速运动模型,并借助于电子海图显示平台予以显示；(3)依据1972年国际海上避碰规则,建立了船舶会遇行动决策模型,包括对遇行动决策模型、交叉相遇行动决策模型和追越行动决策模型；(4)建立了船舶避碰行动决策模型,得出了船舶的避碰行动的开始距离,并通过VC++予以实现并借助于电子海图显示平台予以显示。本文基于应用实践,将专业理论知识应用于航海实践,从而对指导航海实践、保障航海安全具有一定的现实意义。
管冰蕾, 葛泉波, 段胜安, 刘波[8]2012年在《新型船舶智能避碰决策支持系统研究》文中指出简明有效的船舶避碰决策支持系统是海上船舶安全运行的关键,也是国际海上智能交通系统研究中的难点。以沿海AIS船舶监控通信网络硬件系统建设为基础,深入探讨了船舶避碰系统关键技术问题,引入包括多源信息融合在内的多种先进信息处理技术和实用的系统构建理念,提出一个简明实用船舶智能避碰决策支持系统(IDSSVCA)研发方案。通过对现有船舶智能避碰决策支持系统的回顾,指出存在的主要问题,然后阐述智能避碰决策支持系统的研发思路,并给出解决关键性问题的方案。
彭丽丽[9]2010年在《基于AIS的内河船舶智能避碰专家系统及实现》文中研究表明内河航运在我国交通运输中地位越来越重要,但随着内河船舶数量不断增加,且船舶不断向大型化高速化发展,以及内河环境复杂多变和内河河流弯曲等这些问题给船舶航行安全带来了严峻的考验。为了减少和避免船舶碰撞事故的发生,加强船舶避碰决策系统的研究是十分重要的。避碰专家系统的研究标志着船舶避碰系统朝着智能化、信息化方向迈进,同时促进了航海自动化发展并保证了内河航行安全。本文通过对船舶避碰机理进行深入研究,利用船舶避碰定量研究的结果,建立了一个更合理、更完备的避碰知识库,并通过专家系统的设计实现了一个能实时帮助船舶驾驶员进行避碰决策专家系统。本文主要完成以下几个工作：1.通过整理和研究国内外各种专家系统、船舶避碰系统和AIS系统相关资料和文献,找出传统船舶避碰系统中信息获取机构的不足,提出了将AIS应用到船舶避碰领域的构想。2.根据船舶碰撞阶段进行划分研究,提出以定量的方式对船舶会遇态势划分理念。通过总结前人对船舶领域的研究,本文提出内河中合适的船舶领域模型,利用了模糊理论方法对船舶碰撞危险进行综合评判。通过建立避碰危险度计算数学模型客观合理地评价了船舶的碰撞危险,可以用于船舶避碰决策系统中。3.根据专家系统的一般结构模式建立了船舶避碰系统,并对专家系统结构中的重要部件：知识库、动态数据库、推理机进行了设计。同时对系统所采用的知识表示方法与搜索算法进行了研究。4.对船舶避碰的整个过程进行了全面系统的研究,建立了安全通过距离、紧迫局面和船舶碰撞危险度的数学模型,定量划分了船舶会遇态势和避碰行动局面,并对如何确定船舶避碰行动时机、幅度和复航时机进行了探讨。5.通过对所提出系统模型及船舶碰撞态势进行分析研究,并分别将船舶碰撞中会遇态势和交叉态势时船舶避碰问题进行仿真实验。仿真结果表明：系统能够很好地对两船会遇局面作出分析、判断,并给出合理有效的避碰决策。研究成果不仅可为内河船舶安全航行保驾护航,减少因人为失误而造成的船舶碰撞事故,为安全、畅通、快捷的内河航运提供良好的技术保障；而且促进我国内河航运事业的蓬勃发展,推动经济的快速发展。
陈立家[10]2011年在《海上多目标船智能避碰辅助决策研究》文中指出船舶智能避碰辅助决策系统(Intelligent Decision-making System of Vessel Collision Aviodance(ICAS))研究一直以来是智能航海研究领域的热点和前沿课题,是实现船舶自动化的关键技术之一。通过对船舶智能避碰辅助决策的研究,可以提高船舶航行的安全性和经济性,同时,也能够增强船舶自动化程度和信息化程度。本文以《船舶工业调整和振兴规划》提出的在“十二五”期间我国船舶发展规划将大力支持船舶工业的自主创新的指导思想为背景；依托国家高技术船舶科研计划工程“综合船桥系统研制”项目和综合船桥系统研究及产业化武汉市重大科技产业化专项项目；研究成果将应用于以散货船、集装箱船、油船以及公务船等船舶为装船对象的国内新一代自主研制的综合船桥系统。本文主要研究内容：(1)提出基于自动控制原理的船舶动态避碰系统框架,建立在此框架下的船舶运动的六自由度数学模型,并以国内新一代自主研制综合船桥系统典型装船船型(排水量为55000t的集装箱船)为对象进行了船舶避碰操纵运动性能研究。考虑避碰过程中风浪流的影响,建立风浪扰动下的特定船舶运动数学模型,并对所建立的模型运用大型船舶操纵模拟器进行船舶回转运动试验和Z型操纵试验验证,重点仿真在风浪扰动下的航迹特征,为船舶避碰操纵提供基础性数据。(2)根据避碰信息获取途径,在分析目前船舶上的通用传感器雷达与AIS信号特性基础上,设计了基于雷达和AIS传感器的综合船桥系统数据融合处理算法(RA系统模型),并通过融合实例验证该模型能有效的提高系统的导航数据精度和可靠性。(3)在总结前人研究基础上,建立了综合考虑多因素的船舶碰撞危险度模型,结合避碰规则、避碰实践及船员通常做法,运用模糊集合理论建立综合危险度评价模型,实现船舶智能避碰系统中快速定量地确定碰撞危险度,并对建立模型进行仿真验证,结果可靠。(4)根据最优控制原理及其几种不同的计算模型,结合船舶六自由度运动数学模型以及避碰约束条件,提出了船舶避碰最优控制的数学模型和解算过程,在两种不同的避碰目标：路径最短避碰控制和时间最短避碰控制下,分别对应采用了末端时间确定、终端状态确定的最优避碰控制计算模型和末端时间不确定、终端状态部分确定的船舶最优避碰控制计算模型对此问题进行分析和求解。最后,根据实际船型数据(排水量为55000T的集装箱船和排水量为3500T的江海直达散货船)对避碰路径最短问题进行仿真实验,并对实验结果进行解释,结果显示解算过程符合实际情况。(5)从工程应用角度,基于最优控制模型,结合船舶避碰操纵性和船舶碰撞危险度模型,采用Matlab和Visual Studio 2008开发平台,构建和开发了船舶智能避碰辅助决策系统(ICAS),设计和开发船舶智能避碰决策系统与综合船桥系统的集成方案,实现船舶智能避碰系统与综合船桥系统的联动,为其进行实船应用提供了可行性。最后,基于ICAS对避碰典型案例进行仿真验证,结果可行,为该系统装船测试提供依据。本文主要创新点：(1)本文从自动控制角度,提出基于六自由度船舶运动数学模型的船舶智能动态避碰概念,提出海上多目标船智能避碰过程的闭环控制系统框架。从船舶避碰的角度建立风浪扰动下的船舶避碰操纵运动数学模型,并对船舶避碰的操纵性能进行计算和分析。(2)本文提出利用最优控制方法来求解多船避碰问题,将其归结为一个在特定约束前提下连续不断的船舶转向控制问题,此问题的数学本质是一个带有特定目标函数的最优控制问题。根据避碰问题的不同要求,利用最优控制原理对不同情况下避碰的两类典型问题：路径最短避碰问题和时间最短避碰问题进行求解。(3)基于最优控制模型,结合船舶避碰操纵性和综合多因素的船舶碰撞危险度模型,构建和开发了船舶智能避碰辅助决策系统(ICAS),设计船舶智能避碰决策系统与综合船桥系统的集成方案,开发了船舶智能避碰系统与综合船桥系统集成的相关接口,实现船舶智能避碰系统与综合船桥系统的联动,将智能避碰系统集成到综合船桥系统,并在航海得到实际应用。船舶智能避碰辅助决策的研究与应用能大大减轻驾驶员的劳动强度,减少因人为导致的安全事故,同时,对船舶安全航行,减少生命财产损失,保护海洋环境也具有重大的现实意义,是一项非常有价值的研究课题。
参考文献：
[1]. 船舶智能避碰研究综述及展望[J]. 谢朔, 初秀民, 柳晨光, 吴青. 交通信息与安全. 2016
[2]. 船舶智能避碰专家系统研究及开发[D]. 程细得. 武汉理工大学. 2003
[3]. 船舶避碰自动化关键技术研究[D]. 陈国权. 大连海事大学. 2016
[4]. 多船会遇的船舶智能避碰专家系统研究与仿真[D]. 朱沁. 武汉理工大学. 2004
[5]. 基于物联网架构的智能航海避碰算法研究[D]. 郑茹菁. 天津理工大学. 2017
[6]. 海上船舶碰撞搁浅危险监管方法的研究[D]. 邱志雄. 大连海事大学. 2009
[7]. 基于AIS和电子海图的船舶智能避碰系统研究[D]. 孙海南. 大连海事大学. 2013
[8]. 新型船舶智能避碰决策支持系统研究[J]. 管冰蕾, 葛泉波, 段胜安, 刘波. 中国航海. 2012
[9]. 基于AIS的内河船舶智能避碰专家系统及实现[D]. 彭丽丽. 武汉理工大学. 2010
[10]. 海上多目标船智能避碰辅助决策研究[D]. 陈立家. 武汉理工大学. 2011
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