船舶避碰决策仿真平台的研究与应用

发布时间：2017-10-25 22:15

  本文关键词：船舶避碰决策仿真平台的研究与应用

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【摘要】：随着科技的进步,全球贸易的发展飞快,海上的贸易往来日益频繁,港口、航道及附近区域的船舶航行数量和频度极度的增加,带来的是海上交通事故尤其是船舶碰撞事故的不断发生。一方面,船舶碰撞事故不仅会直接造成巨大的经济损失,还会威胁人们的生命安全；另一方面,由于船舶碰撞引起的原油泄漏还会引起水体污染,破坏人类赖以生存的环境,更是金钱无法衡量的。从碰撞事故发生的原因来看,人为因素高达80%。因此,研究并设计一款可以帮助人们规划避碰方案的软件,以解决由于人为失误造成的船舶碰撞是很有必要的。本设计即是针对于此问题开展的研究。首先,对船舶运动数学模型进行了研究,选取考虑了风浪流影响的具有三自由度的船舶运动数学模型,使用四阶龙格库塔方法离散化,并进行计算机仿真。然后,对船舶避碰系统进行了研究。首先以两船的航向、航速、位置信息为主要参数计算船舶避碰参数如Dcpa、Tcpa等,再分别建立Dcpa、Tcpa、RT、θΥ、K(本船与他船的速度比)的隶属度函数,采用加权法计算碰撞危险度CRI的值。然后综合考虑国际海上避碰规则归纳总结船舶的避让责任与避碰方案。最后,通过穷举法、牛顿迭代法、比例控制三种方法分别求取船舶避让转向角进行对比,同时提出了转向角求取方法优劣的评价指标。最后,在VS2010开发环境下创建船舶避碰决策仿真平台。为方便后续开发,实现了模块接口化,以框架模块为中心,其他模块成星型结构,模块间的信息数据通过框架进行交换。仿真平台界面色彩丰富友好,操作符合用户日常使用习惯。船舶避碰决策仿真平台具有验证船舶控制算法尤其是避碰算法的功能,为控制算法的稳定提供保障,对船舶自动舵的研究提供一定的理论基础,因此对仿真平台的研究具有一定的理论意义与应用价值。
【关键词】：船舶避碰 仿真平台 船舶运动数学模型 碰撞危险度 避碰决策
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U675.96
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.1.1 选题背景10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 课题研究内容12-15
• 第2章 仿真平台的总体结构与避碰基本知识15-24
• 2.1 仿真平台结构概述15-16
• 2.2 船舶运动数学模型16-19
• 2.3 仿真模型计算19-20
• 2.4 船舶避碰基本知识20-23
• 2.4.1 船舶避碰过程20-21
• 2.4.2 船舶安全会遇距离21
• 2.4.3 船舶会遇态势21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 船舶避碰系统理论分析24-40
• 3.1 船舶避碰系统概述24
• 3.2 船舶避碰参数计算24-29
• 3.2.1 船舶运动参数24-27
• 3.2.2 改变方向对Dcpa和Tcpa的影响27-29
• 3.3 碰撞危险度的概念及模型建立29-33
• 3.3.1 碰撞危险及碰撞危险度29-30
• 3.3.2 碰撞危险度模型建立30-33
• 3.4 避碰决策分析33-36
• 3.4.1 避让责任33-34
• 3.4.2 转向决策34-36
• 3.5 转向角的计算36-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 船舶避碰决策仿真平台的设计与实现40-50
• 4.1 用户需求40-41
• 4.1.1 界面显示要求40
• 4.1.2 功能操作要求40-41
• 4.1.3 平台内部要求41
• 4.2 软件整体设计41-43
• 4.2.1 系统主要设计内容41-42
• 4.2.2 系统功能模块设计42-43
• 4.3 仿真平台的模块设计43-49
• 4.3.1 模块划分43
• 4.3.2 显示模块43-46
• 4.3.3 船舶避碰系统模块46-47
• 4.3.4 船舶模型模块47
• 4.3.5 控制模块47
• 4.3.6 框架模块47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 仿真平台界面介绍与功能验证50-62
• 5.1 仿真平台界面介绍50-57
• 5.1.1 仿真平台开始界面50
• 5.1.2 仿真平台主界面50-51
• 5.1.3 仿真平台设置界面51-55
• 5.1.4 船舶信息显示界面55
• 5.1.5 报警界面55-57
• 5.2 仿真平台仿真功能验证57-61
• 5.2.1 船舶运动数学模型的验证57
• 5.2.2 船舶避碰流程57-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡耀华;船舶运动控制仿真平台[J];大连海事大学学报;2000年02期

2 杨神化;施朝健;李丽娜;索永峰;;船舶自动避碰仿真平台(VACASP)的构建与实现[J];中国航海;2009年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孙立成;船舶避碰决策数学模型的研究[D];大连海事大学;2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 蒋岳志;组件化海图显控系统的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2004年

2 韩延明;分布式船舶运动仿真平台的研究[D];大连海事大学;2009年

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本文编号：1095735