船舶避碰自动化关键技术研究

发布时间：2017-09-17 07:38

  本文关键词：船舶避碰自动化关键技术研究

  更多相关文章： 船舶智能避碰决策自动化方法 避碰决策协调与通报自动化 机器规则 自动试操船 智能航海模拟器

【摘要】：随着船舶日益大型化、快速化,船舶碰撞、搁浅等海难事故时有发生。研发基于国际海上避碰规则的智能避碰决策支持系统可大大降低海难事故的发生率,并提高我国自主产权综合船桥系统的研究水平和国产化程度。论文在前人船舶拟人智能避碰决策支持(PIDVCA)的研究成果基础上,通过分析原有方法中存在的不足,提出了解决问题的优化方法和模型,进一步拓展了船舶智能避碰决策自动化方法的深度与广度。本文所做的主要工作如下：(1)提出了一组智能避碰自动决策优化算法。通过对船舶拟人智能避碰决策理论进行了一系列的理论完善与优化,具体包括：目标交会特征识别算法的完善、船舶碰撞危险度判断阈值量化数学建模及其优化、船舶安全会遇距离估算模型的优化、船舶预测复航限制时间模型的完整性推证及其算法的完备性论证、基于特殊交会特征下的最晚施舵时机的避让方法及幅度求解的优化。同时提出了沿用智能避碰自动决策单独或者同时自动避让孤立静态碍航物以及动态船舶的方法。经过仿真测试,使用该方法单独避让孤立静态碍航物或者同时避让动静态碍航物的方法可行。(2)提出了一种动态评判船舶碰撞危险及危险度的计算模型,更加科学地从整体上使用智能评判算法得出船舶避让的难易程度；提出了两船间船舶避碰决策协调与通报自动化的优化算法,以确保智能避碰自动决策方法达到预期的实施效果。(3)根据智能避碰决策自动化方法形成特点,提出了一种可以直观体现机器决策并与国际海上避碰规则(COLREGs)重要条款相对应的16条机器规则(即两船会遇与多船会遇态势下智能避碰决策自动化方法的机器规则条款),针对每一条机器规则进行了详细的理论分析以及案例解析,以确保海上实际使用的可接受度与可行性。(4)提出了一种开阔水域船舶航行自动化算法及船舶智能避碰自动决策方法关键模型算法完备性的测试方案,搭建了近似海上实测环境的开阔水域船舶航行自动化关键算法验证仿真平台,在该平台上开展船舶航向控制、航迹保持以及船舶自动避碰的系统测试。重点在该平台上进行两船自动避碰与多船自动避碰的案例测试,测试结果显示智能避碰自动决策方法的可靠性以及准确性已经初步达到工程实际应用的程度。(5)开展船舶智能避碰自动决策技术实用化设计以及航海模拟器上的应用研究。为使智能避碰自动决策方法能投入工程应用,提出了船舶智能避碰辅助决策支持功能的设计方案,包括船舶碰撞危险度排序、避让重点船提示与自动试操船用户界面设计与实现。针对现有航海模拟器存在的不足,提出了构建智能航海模拟器的思路,实现智能目标船与本船的智能化功能设计。本文针对开阔水域船舶避碰自动化关键技术进行了深入的研究,为船舶避碰辅助决策系统的研发打下了良好的基础,为实现船舶航行自动化迈出关键性的一步。
【关键词】：船舶智能避碰决策自动化方法 避碰决策协调与通报自动化 机器规则 自动试操船 智能航海模拟器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.26
【目录】：

• 创新点摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 课题背景和目的13-15
• 1.2 课题国内外研究现状15-22
• 1.2.1 船舶航行自动化国内外发展现状15-16
• 1.2.2 船舶自动避碰国内外研究现状16-22
• 1.3 课题研究的思路和论文结构22-25
• 第2章 船舶拟人智能避碰决策理论基础25-37
• 2.1 船舶自动避碰的基本原理25-29
• 2.1.1 船舶自动避碰的基本过程分析25-26
• 2.1.2 问题的引入26-29
• 2.2 船舶拟人智能避碰决策算法的研究基础29-31
• 2.2.1 船舶拟人智能避碰决策方法的提出29-30
• 2.2.2 PIDVCA数学模型30-31
• 2.2.3 PIDVCA方法31
• 2.3 PIDVCA理论框架31-35
• 2.3.1 PIDVCA过程自动化原理框架31-32
• 2.3.2 PIDVCA方法及其评价标准32-35
• 2.4 拟人智能避碰需要优化和完善的问题35-36
• 2.5 小结36-37
• 第3章 开阔水域智能避碰决策自动化的优化算法及完备性论证37-59
• 3.1 拟人智能避碰关键模型的完善及算法的完备性论证37-57
• 3.1.1 目标交会特征识别算法37-39
• 3.1.2 船舶碰撞危险度判定阈值量化模型及其优化39-45
• 3.1.3 船舶安全会遇距离估算模型的优化45-47
• 3.1.4 预测复航限制时间模型的完整性推证47-51
• 3.1.5 预测复航限制时间算法的完备性论证51-54
• 3.1.6 特殊TEC避让方法及其避让幅度计算模型的完善54-57
• 3.2 孤立静态碍航物的船舶自动避让57-58
• 3.2.1 孤立静态碍航物方法57
• 3.2.2 仿真与测试57-58
• 3.3 小结58-59
• 第4章 船舶碰撞危险及危险度动态评判模型和协调避碰59-81
• 4.1 智能避碰决策自动化碰撞危险及危险度评判模型方法59-73
• 4.1.1 智能避碰决策自动化核心算法解析59-63
• 4.1.2 船舶碰撞危险度判断模型63-66
• 4.1.3 船舶碰撞危险评判模型66-68
• 4.1.4 船舶碰撞危险评判算法实现68-73
• 4.2 两船避碰决策协调与通报自动化73-80
• 4.2.1 问题的提出73-76
• 4.2.2 避碰决策协调与通报自动化76-79
• 4.2.3 仿真实验79-80
• 4.3 小结80-81
• 第5章 基于智能避碰决策自动化方法的机器规则81-104
• 5.1 智能避碰决策自动化机器规则的提出81
• 5.2 两船会遇智能避碰决策自动化方法的机器规则及其解析81-91
• 5.3 多船会遇智能避碰决策自动化方法的机器规则及其解析91-102
• 5.4 小结102-104
• 第6章 智能避碰决策自动化方法的仿真测试104-134
• 6.1 开阔水域船舶航行自动化算法设计与实现104-106
• 6.1.1 船舶航行自动化算法构成原理104-105
• 6.1.2 航迹智能控制算法105-106
• 6.1.3 船舶自动避碰算法106
• 6.2 船舶航行自动化仿真测试平台的搭建106-108
• 6.3 航行自动化关键算法测试108-133
• 6.3.1 航向自动控制功能的仿真验证109-112
• 6.3.2 航迹自动控制功能的仿真验证与测试112
• 6.3.3 船舶自动避碰算法测试方法112-133
• 6.4 小结133-134
• 第7章 智能避碰决策自动化方法的工程应用134-147
• 7.1 船舶智能避碰辅助决策技术的工程化实现134-139
• 7.1.1 船舶智能避碰辅助决策功能设计135-139
• 7.2 智能航海模拟器应用139-146
• 7.2.1 总体框架设计139-140
• 7.2.2 本船的智能智能化技术140-141
• 7.2.3 智能目标船141-143
• 7.2.4 仿真与分析143-146
• 7.3 小结146-147
• 第8章 结论与展望147-150
• 8.1 结论147-148
• 8.2 展望148-150
• 参考文献150-159
• 攻读博士学位期间发表的学术论文159-161
• 致谢161-163
• 作者简介163

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱新涌;;谈船舶避碰操纵中的早让、宽让[J];航海技术;2006年06期

2 刘宇宏;胡勤友;王胜正;杜选民;;一个基于多主体通信的船舶避碰协商模型(英文)[J];中国航海;2008年04期

3 郝清赋;吴唏;沈敏;;基于逻辑推演理论的船舶避碰决策[J];广州航海高等专科学校学报;2008年01期

4 黄锦鹏;;船舶避碰研究方法综述[J];南通航运职业技术学院学报;2009年02期

5 张冀平;;船舶避碰协调通讯探讨[J];中国航海;1993年01期

6 杨盐生;船舶避碰动态系统数学模型的研究[J];大连海事大学学报;1995年01期

7 朱军;对船舶避碰行动不协调现象的探讨[J];大连海事大学学报;1996年03期

8 郭丰田,孟祥武;船舶避碰计算机辅助教学软件的开发制作[J];航海教育研究;1999年03期

9 张晓兔,刘祖源,张乐文;船舶避碰系统的智能化研究综述[J];船舶工程;2000年01期

10 李丽娜,蒋漪;船舶避碰智能化方法的计算机模拟及应用研究[J];集美大学学报(自然科学版);2000年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郝清赋;吴唏;沈敏;;基于逻辑推演理论的船舶避碰决策研究[A];1995-2009航海技术论文选集（第2集）[C];2010年

2 刘正江;吴兆麟;夏国忠;;船舶避碰中的人的因素的分类[A];船员综合素质与安全论文集[C];2005年

3 郝清赋;吴唏;沈敏;;基于逻辑推演理论的船舶避碰决策研究[A];船舶避让与安全操作[C];2007年

4 刘正江;吴兆麟;夏国忠;;船舶避碰过程中人的可靠性分析[A];1995-2009航海技术论文选集（第2集）[C];2010年

5 张冀平;田宝珠;;船舶避碰协调系统[A];中国航海学会通信导航学术年会（1992）论文集[C];1992年

6 王志利;;成山头水域船舶避碰浅谈[A];渔船、商船避碰学术研讨会论文集[C];1998年

7 郝清赋;王敬全;吴f^;;船舶避碰网络决策系统研究[A];中国航海学会2000年度学术交流会优秀论文集[C];2000年

8 姚杰;;未来的船舶避碰自动化系统[A];2001航海技术现状与发展趋势论文集[C];2001年

9 毕修颖;史国友;贾传荧;张卓;王佐;;船舶转向避让行动与时机曲线图的研究[A];2001航海技术现状与发展趋势论文集[C];2001年

10 谢翠良;;船舶避碰行动的目的、时机及其适用的船舶——对《海规》第八条1款的理解[A];船舶航行与安全管理论文集——中国航海学会内河船舶驾驶专业委员会学术研讨会文选[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 侯军亭;内河驾驶讲究多[N];中国交通报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 陈国权;船舶避碰自动化关键技术研究[D];大连海事大学;2016年

2 刘正江;船舶避碰过程中的人的可靠性分析[D];大连海事大学;2004年

3 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

4 杨神化;基于Multi-agent的船舶避碰决策支持系统[D];上海海事大学;2008年

5 潘明阳;分布式虚拟港口的关键技术研究[D];大连海事大学;2004年

6 陈立家;海上多目标船智能避碰辅助决策研究[D];武汉理工大学;2011年

7 程细得;内河船舶操纵及避碰决策优化研究[D];武汉理工大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张闯;大型双桨双舵船舶避碰优化操纵及控制研究[D];大连海事大学;2015年

2 徐征;船舶避碰决策仿真平台的研究与应用[D];大连海事大学;2015年

3 许兰;基于最优控制的船舶避碰研究[D];大连海事大学;2016年

4 程浩;海上交通安全中船舶避碰决策技术研究[D];大连海事大学;2009年

5 李印;海上光污染对夜航船舶避碰影响的研究[D];大连海事大学;2010年

6 李志鹏;船舶避碰计算机辅助教学与碰撞局面模拟系统的研究开发[D];上海海运学院;2003年

7 孙志强;多主体规划在船舶避碰中的应用研究[D];上海海事大学;2007年

8 靳祥;基于自动识别系统的船舶避碰专家决策系统应用研究与实现[D];电子科技大学;2008年

9 田野;计算机仿真在开阔水域船舶避碰路径优化中的应用[D];武汉理工大学;2009年

10 车军;船舶避碰人为因素分析与评价[D];大连理工大学;2010年

，

本文编号：868112