本文關(guān)鍵詞：船舶避碰自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著船舶日益大型化、快速化,船舶碰撞、擱淺等海難事故時(shí)有發(fā)生。研發(fā)基于國際海上避碰規(guī)則的智能避碰決策支持系統(tǒng)可大大降低海難事故的發(fā)生率,并提高我國自主產(chǎn)權(quán)綜合船橋系統(tǒng)的研究水平和國產(chǎn)化程度。論文在前人船舶擬人智能避碰決策支持(PIDVCA)的研究成果基礎(chǔ)上,通過分析原有方法中存在的不足,提出了解決問題的優(yōu)化方法和模型,進(jìn)一步拓展了船舶智能避碰決策自動(dòng)化方法的深度與廣度。本文所做的主要工作如下：(1)提出了一組智能避碰自動(dòng)決策優(yōu)化算法。通過對(duì)船舶擬人智能避碰決策理論進(jìn)行了一系列的理論完善與優(yōu)化,具體包括：目標(biāo)交會(huì)特征識(shí)別算法的完善、船舶碰撞危險(xiǎn)度判斷閾值量化數(shù)學(xué)建模及其優(yōu)化、船舶安全會(huì)遇距離估算模型的優(yōu)化、船舶預(yù)測復(fù)航限制時(shí)間模型的完整性推證及其算法的完備性論證、基于特殊交會(huì)特征下的最晚施舵時(shí)機(jī)的避讓方法及幅度求解的優(yōu)化。同時(shí)提出了沿用智能避碰自動(dòng)決策單獨(dú)或者同時(shí)自動(dòng)避讓孤立靜態(tài)礙航物以及動(dòng)態(tài)船舶的方法。經(jīng)過仿真測試,使用該方法單獨(dú)避讓孤立靜態(tài)礙航物或者同時(shí)避讓動(dòng)靜態(tài)礙航物的方法可行。(2)提出了一種動(dòng)態(tài)評(píng)判船舶碰撞危險(xiǎn)及危險(xiǎn)度的計(jì)算模型,更加科學(xué)地從整體上使用智能評(píng)判算法得出船舶避讓的難易程度；提出了兩船間船舶避碰決策協(xié)調(diào)與通報(bào)自動(dòng)化的優(yōu)化算法,以確保智能避碰自動(dòng)決策方法達(dá)到預(yù)期的實(shí)施效果。(3)根據(jù)智能避碰決策自動(dòng)化方法形成特點(diǎn),提出了一種可以直觀體現(xiàn)機(jī)器決策并與國際海上避碰規(guī)則(COLREGs)重要條款相對(duì)應(yīng)的16條機(jī)器規(guī)則(即兩船會(huì)遇與多船會(huì)遇態(tài)勢下智能避碰決策自動(dòng)化方法的機(jī)器規(guī)則條款),針對(duì)每一條機(jī)器規(guī)則進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析以及案例解析,以確保海上實(shí)際使用的可接受度與可行性。(4)提出了一種開闊水域船舶航行自動(dòng)化算法及船舶智能避碰自動(dòng)決策方法關(guān)鍵模型算法完備性的測試方案,搭建了近似海上實(shí)測環(huán)境的開闊水域船舶航行自動(dòng)化關(guān)鍵算法驗(yàn)證仿真平臺(tái),在該平臺(tái)上開展船舶航向控制、航跡保持以及船舶自動(dòng)避碰的系統(tǒng)測試。重點(diǎn)在該平臺(tái)上進(jìn)行兩船自動(dòng)避碰與多船自動(dòng)避碰的案例測試,測試結(jié)果顯示智能避碰自動(dòng)決策方法的可靠性以及準(zhǔn)確性已經(jīng)初步達(dá)到工程實(shí)際應(yīng)用的程度。(5)開展船舶智能避碰自動(dòng)決策技術(shù)實(shí)用化設(shè)計(jì)以及航海模擬器上的應(yīng)用研究。為使智能避碰自動(dòng)決策方法能投入工程應(yīng)用,提出了船舶智能避碰輔助決策支持功能的設(shè)計(jì)方案,包括船舶碰撞危險(xiǎn)度排序、避讓重點(diǎn)船提示與自動(dòng)試操船用戶界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)現(xiàn)有航海模擬器存在的不足,提出了構(gòu)建智能航海模擬器的思路,實(shí)現(xiàn)智能目標(biāo)船與本船的智能化功能設(shè)計(jì)。本文針對(duì)開闊水域船舶避碰自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,為船舶避碰輔助決策系統(tǒng)的研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ),為實(shí)現(xiàn)船舶航行自動(dòng)化邁出關(guān)鍵性的一步。
【關(guān)鍵詞】：船舶智能避碰決策自動(dòng)化方法 避碰決策協(xié)調(diào)與通報(bào)自動(dòng)化 機(jī)器規(guī)則 自動(dòng)試操船 智能航海模擬器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U665.26
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 課題背景和目的13-15
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 船舶航行自動(dòng)化國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 船舶自動(dòng)避碰國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3 課題研究的思路和論文結(jié)構(gòu)22-25
• 第2章 船舶擬人智能避碰決策理論基礎(chǔ)25-37
• 2.1 船舶自動(dòng)避碰的基本原理25-29
• 2.1.1 船舶自動(dòng)避碰的基本過程分析25-26
• 2.1.2 問題的引入26-29
• 2.2 船舶擬人智能避碰決策算法的研究基礎(chǔ)29-31
• 2.2.1 船舶擬人智能避碰決策方法的提出29-30
• 2.2.2 PIDVCA數(shù)學(xué)模型30-31
• 2.2.3 PIDVCA方法31
• 2.3 PIDVCA理論框架31-35
• 2.3.1 PIDVCA過程自動(dòng)化原理框架31-32
• 2.3.2 PIDVCA方法及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)32-35
• 2.4 擬人智能避碰需要優(yōu)化和完善的問題35-36
• 2.5 小結(jié)36-37
• 第3章 開闊水域智能避碰決策自動(dòng)化的優(yōu)化算法及完備性論證37-59
• 3.1 擬人智能避碰關(guān)鍵模型的完善及算法的完備性論證37-57
• 3.1.1 目標(biāo)交會(huì)特征識(shí)別算法37-39
• 3.1.2 船舶碰撞危險(xiǎn)度判定閾值量化模型及其優(yōu)化39-45
• 3.1.3 船舶安全會(huì)遇距離估算模型的優(yōu)化45-47
• 3.1.4 預(yù)測復(fù)航限制時(shí)間模型的完整性推證47-51
• 3.1.5 預(yù)測復(fù)航限制時(shí)間算法的完備性論證51-54
• 3.1.6 特殊TEC避讓方法及其避讓幅度計(jì)算模型的完善54-57
• 3.2 孤立靜態(tài)礙航物的船舶自動(dòng)避讓57-58
• 3.2.1 孤立靜態(tài)礙航物方法57
• 3.2.2 仿真與測試57-58
• 3.3 小結(jié)58-59
• 第4章 船舶碰撞危險(xiǎn)及危險(xiǎn)度動(dòng)態(tài)評(píng)判模型和協(xié)調(diào)避碰59-81
• 4.1 智能避碰決策自動(dòng)化碰撞危險(xiǎn)及危險(xiǎn)度評(píng)判模型方法59-73
• 4.1.1 智能避碰決策自動(dòng)化核心算法解析59-63
• 4.1.2 船舶碰撞危險(xiǎn)度判斷模型63-66
• 4.1.3 船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)判模型66-68
• 4.1.4 船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)判算法實(shí)現(xiàn)68-73
• 4.2 兩船避碰決策協(xié)調(diào)與通報(bào)自動(dòng)化73-80
• 4.2.1 問題的提出73-76
• 4.2.2 避碰決策協(xié)調(diào)與通報(bào)自動(dòng)化76-79
• 4.2.3 仿真實(shí)驗(yàn)79-80
• 4.3 小結(jié)80-81
• 第5章 基于智能避碰決策自動(dòng)化方法的機(jī)器規(guī)則81-104
• 5.1 智能避碰決策自動(dòng)化機(jī)器規(guī)則的提出81
• 5.2 兩船會(huì)遇智能避碰決策自動(dòng)化方法的機(jī)器規(guī)則及其解析81-91
• 5.3 多船會(huì)遇智能避碰決策自動(dòng)化方法的機(jī)器規(guī)則及其解析91-102
• 5.4 小結(jié)102-104
• 第6章 智能避碰決策自動(dòng)化方法的仿真測試104-134
• 6.1 開闊水域船舶航行自動(dòng)化算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)104-106
• 6.1.1 船舶航行自動(dòng)化算法構(gòu)成原理104-105
• 6.1.2 航跡智能控制算法105-106
• 6.1.3 船舶自動(dòng)避碰算法106
• 6.2 船舶航行自動(dòng)化仿真測試平臺(tái)的搭建106-108
• 6.3 航行自動(dòng)化關(guān)鍵算法測試108-133
• 6.3.1 航向自動(dòng)控制功能的仿真驗(yàn)證109-112
• 6.3.2 航跡自動(dòng)控制功能的仿真驗(yàn)證與測試112
• 6.3.3 船舶自動(dòng)避碰算法測試方法112-133
• 6.4 小結(jié)133-134
• 第7章 智能避碰決策自動(dòng)化方法的工程應(yīng)用134-147
• 7.1 船舶智能避碰輔助決策技術(shù)的工程化實(shí)現(xiàn)134-139
• 7.1.1 船舶智能避碰輔助決策功能設(shè)計(jì)135-139
• 7.2 智能航海模擬器應(yīng)用139-146
• 7.2.1 總體框架設(shè)計(jì)139-140
• 7.2.2 本船的智能智能化技術(shù)140-141
• 7.2.3 智能目標(biāo)船141-143
• 7.2.4 仿真與分析143-146
• 7.3 小結(jié)146-147
• 第8章 結(jié)論與展望147-150
• 8.1 結(jié)論147-148
• 8.2 展望148-150
• 參考文獻(xiàn)150-159
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文159-161
• 致謝161-163
• 作者簡介163

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