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船舶自动避碰决策系统的研究

郑中义  
【摘要】: 船舶自动避碰决策系统(ACAS)是21世纪航海技术的重要研究课题,为此本文在对前人研究成果总结、归纳和分析的基础上,通过对船员避碰行为调查,根据定性与定量分析、主观与客观相结合的思想,做了如下研究与探索工作:● 对避碰规则规定的三种会遇局面进行了定量划分及对避碰行动局面进行了划分。基于避碰规则及对船员调查,通过定性与定量分析,运用模糊理论对三种会遇局面进行了定量划分:并在此基础上,对避碰行动局面进行了划分。该结果较全面地总结了船员对海上避碰规则的认识,完善了ACAS知识库。● 提出了空间碰撞危险度和时间碰撞危险度的概念,建立了多因素的动态碰撞危险度模型。根据DCPA和TCPA概念的涵义,提出了空间碰撞危险度和时间碰撞危险度的概念,采用多因素分别建立了两种碰撞危险度模型,并根据刺激——反应思想,较合理地确定了两种危险度的合成算子。同时应用新兴起的神经网络工具,区别于他人研究,以一船获得的另一船的原始数据作为BP神经网络的输入,探讨了确定碰撞危险度的快速BP神经网络,通过仿真,结果理想。● 建立了多因素的动态最晚施舵点模型。在考虑两船避碰行动局面划分的基础上,根据本船速度、两船速度比、来船会遇态势、本船转向旋回性能、最晚施舵点行动的要求、初始DCPA、本船转向过程中两船距离的损失、本船船长建立了多因素的动态最晚施舵点模型。该模型的特点不但是多因素的,而且将他船采取转向方向的可能性包含在内,使ACAS融入了一种减少或避免不协调避碰行动机制。● 将信息熵理论应用于船舶避碰行为不确定性评价分析,为避碰时机决策提供理论依据。在对船员避碰行为大量调查及分析船舶避碰行为不确定性与碰撞事故关系的基础上,应用信息熵理论评价分析了在右舷对右舷对遇及直航船过让路船船尾交叉相遇局面中,让路船避碰行为的不确定性问题。利用信息熵理论评价分析船舶避碰行为的不确定性,避免了以概率评价方法不能全面反映随机变量总体结构的问题。● 应用多种理论方法建立了让路船避碰时机优化模型。在分别建立基于直航船模糊满意度的避碰时机模型、随机规划模型、考虑直航船可能采取避碰行动的避免不协调避碰行动时机模型的基础上,结合最晚施舵点模型及避碰行为不确定性评价结果,考虑两船不同速度与速度比的影响,建立了避碰行动时机动态模型。所建立的避碰时机模型,在一定程度上反映了多数直航船驾驶员的主观要求,反映了在特定会遇态势下让路船采取避碰行动的实际情况, 摘 要 体现了规则规定的避碰行动是“及早” 的要求与船员对“及早的”理解的相 对统一。 .建立了让路船避让转向幅度优化模型。让路船避碰时机对避免或减少船舶间 避碰不协调问题是十分重要的,但避碰转向幅度也是重要因素,它体现的是 避碰行动应是“大幅度的、易于被他船用视觉或用雷达观测时察觉”的要求。 为此,通过确定保证两船安全通过的模糊隶属度函数与易察觉模糊隶属度函 数,建立了让路船避让转向幅度优化模型。所建立的模型不但适用于ACAS_, 与ACAS之间的避碰,也适用于无ACAS与有ACAS船舶之间的避碰,对无 回 ACAS船舶之间的避碰也具有参考价值。考虑到大幅度转向中,航向偏差及 时间损失的问题,建立了转向追尾避碰过程控制模型,并确定了追尾避碰过 程的终止时机。 .建立了船舶自动避碰决策仿真系统。将上述重点研究问题应用于船舶自动避 碰决策仿真系统,结果满意。


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