基于通航环境变化的动态船舶领域模型研究

【摘要】：船舶领域是海上交通工程学和航海界专家学者重点关注的研究内容之一。对于船舶自动避碰、评估碰撞危险、测量交通容量等方面,船舶领域的研究也具有重要的价值和意义。近年来无人船舶的研究如火如荼,智能避碰是无人船舶研究领域的核心,而船舶领域是智能避碰中的关键,其重要性不言而喻。针对目前船舶领域研究中模型众多,考虑因素均不全面,使用条件各有局限等原因,为了全面认识船舶领域的影响因素,通过对国内外典型的船舶领域模型进行梳理,介绍了各船舶领域模型的特点、所考虑的影响因素及其适用条件,为本文的研究明确了方向。为了全面认识船舶领域的影响因素,运用逻辑树法构建了船舶领域影响因素的层次分析图;综合分析环境因素、船舶因素、《1972年国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)因素和人为因素对船舶领域模型造成影响的机理;采用问卷调查法对相应的影响因素进行定量计算,并对各影响因素的权重进行了分析。结合船舶操纵性方面的研究成果,在考虑船间效应和岸壁效应对船舶运动影响的情况下,优化了水平方向上狭窄水域的船舶领域模型的尺度,确定了垂直方向上的船舶领域模型的边界高度,进而改进了现有的船舶领域模型。并通过比例系数实现三维船舶领域边界基于通航环境的动态优化。选取在不同水域下的典型船舶领域模型,使用Matlab并结合所选的典型船舶领域模型设计了一款动态的船舶领域模型软件。结合大三山水道及其附近水域和南京大桥水道的实际情况进行仿真实验,结果表明该软件可以快速准确地计算出在不同航行环境下的船舶领域模型,并可以直观地展现出来。该软件具有广泛的应用价值,并为后续船舶领域模型的相关学术研究和实现船舶智能避碰奠定基础。本文所建立的是基于通航环境变化的动态船舶领域模型,在后续的实际应用中,可以连接船上的传感器得到相关通航环境参数,减少人员录入的时间并提高数据的准确性。本文所选择的基础船舶领域模型可能具有主观局限性,在后续的研究中,可深入挖掘各因素对船舶领域模型影响的规律,使得新构建的软件更好的满足在船舶自动避碰、航道通航能力以及水域通航风险评价等多方面的应用。