开阔水域单船避碰智能决策研究

发布时间：2017-04-24 22:06

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【摘要】：近几年来,随着海上船舶密度的增加,船舶碰撞事故时有发生,据调查表明80%以上的事故与人为因素有关。为了解决人为因素造成的船舶碰撞问题,许多专家学者对船舶避碰决策自动化问题开展了广泛的研究,做了很多深入的工作,虽然取得了一些成果,但至今未见到比较成熟的实用系统。船舶自动避碰系统的研究成为今后十几年航海技术研究领域的主攻方向。 本文通过对船舶避碰决策过程进行深入的研究,为船舶设计了一个能够实现自动避碰的航向控制器。 首先,本文研究并优化了船舶避碰过程中涉及的各种避碰决策模型,这些模型主要包括：基本的参数计算模型(DCPA、TCPA以及SDA的计算)；会遇局面划分模型；紧迫局面数学模型(确定最晚施舵距离D1)；船舶碰撞危险度模型(综合考虑了空间碰撞危险度和时间碰撞危险度)；复航模型等。其次,考虑到舵机伺服系统的特性及舵角限制问题,本文基于Backstepping方法设计了一个航向控制器,该控制器能够根据不同方位来船判断会遇态势,自动确定转向时机和转向避让幅度,并自动完成避让行动。最后,本文以MATLAB作为仿真工具,针对不同的会遇局面进行模拟仿真,验证了所设计的航向控制器避让效果的有效性,为实船应用打下基础。 本文研究的水域为开阔水域,研究对象为两船,这是船舶会遇的最基本情况,因此,本文设计的避碰决策系统也是船舶自动避碰系统的一个重要分支。本文的研究为后续研究多船会遇、狭窄水域等情况下的自动避碰打下了基础。
【关键词】：自动避碰 决策模型 航向控制器 仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U676.1
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 理论意义和应用价值10-11
• 1.3 国内外研究现状及主要研究内容11-15
• 1.3.1 国外研究现状11-12
• 1.3.2 国内研究现状12-14
• 1.3.3 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 船舶避碰过程及相关决策模型15-35
• 2.1 船舶避碰决策过程15-24
• 2.1.1 避碰决策过程概述15-17
• 2.1.2 船舶DCPA及TCPA的确定17-18
• 2.1.3 安全会遇距离模型18-22
• 2.1.4 船舶会遇态势的划分22-24
• 2.2 船舶碰撞危险度的确定24-32
• 2.2.1 紧迫局面决策模型25-28
• 2.2.2 空间碰撞危险度模型28-30
• 2.2.3 时间碰撞危险度模型30-31
• 2.2.4 碰撞危险度模型31-32
• 2.3 避让行动决策模型32-34
• 2.3.1 避让行动时机的确定32-33
• 2.3.2 避让行动方式及幅度的确定33-34
• 2.4 复航时机的确定34-35
• 第3章 实现自动避碰的航向控制器设计35-43
• 3.1 系统描述35-36
• 3.2 基于Backstepping的控制器设计及稳定性分析36-40
• 3.2.1 控制器设计36-39
• 3.2.2 稳定性分析39-40
• 3.3 转向避让幅度的确定40-43
• 第4章 单船避碰智能决策实现与仿真43-75
• 4.1 对遇局面仿真43-46
• 4.2 小角度右交叉仿真46-50
• 4.3 大角度右交叉仿真50-56
• 4.4 来船方位为112.5°～210°追越我船仿真56-60
• 4.5 来船方位为210°～247.5°追越我船仿真60-63
• 4.6 大角度左交叉仿真63-67
• 4.7 小角度左交叉仿真67-71
• 4.8 追越他船仿真71-75
• 第5章 结论与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 研究生履历82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李丽娜,任勤生,邵哲平;AIS在船舶自动避碰系统中的应用[J];船舶工程;2002年03期

2 赵劲松,王逢辰;确定避碰时机的模型[J];大连海运学院学报;1989年03期

3 郑中义,吴兆麟;船舶碰撞危险度的新模型[J];大连海事大学学报;2002年02期

4 李丽娜;船舶自动避碰研究中安全会遇距离等要素的确定[J];大连海事大学学报;2002年03期

5 毕修颖,贾传荧,吴兆麟,姜广生;船舶避碰行动领域模型的研究[J];大连海事大学学报;2003年01期

6 毕修颖,贾传荧,吴兆麟;船舶变速避让行动与时机的确定[J];大连海事大学学报;2004年01期

7 郑中义，吴兆麟;船舶避碰的模糊决策[J];大连海事大学学报;1996年02期

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9 郑中义,吴兆麟;多船会遇避碰决策研究─Ⅱ 多船会遇避碰决策模型[J];航海技术;2000年05期

10 施平安,陈文伟,王敬全,沈敏;基于神经网络的复合避碰专家系统研究[J];航海技术;2001年06期

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本文编号：325044