基于电子海图的多船避碰决策及路径规划研究
发布时间：2021-10-12 01:35
智能船舶在解决节能减排和船舶安全性等方面具有重要意义。国际海事组织已将海上水面自主船（MASS）纳入其工作计划并积极推进。复杂水域的船舶自动避碰及路径规划是智能船舶或MASS研究的重点和难点之一。目前研究存在的问题包括:不考虑《国际海上避碰规则》（简称《规则》）、假设他船保向保速或均按照《规则》而采取行动、不适用于动态他船和静态障碍物共存的环境、不能应对他船的不协调避碰、不能满足实时性要求、不适用于长航线自主航行、环境地图精度不高或未采用电子海图平台等。鉴于此,论文做了以下重点工作:（1）提出一种受《规则》和船舶运动特性约束的,基于改进势场法的开阔水域多船实时自动避碰决策算法。在融合了船舶领域和《规则》核心条款的碰撞危险判据基础之上,提出了船舶自动避碰领域斥力势场分区概念,并为各分区设计了相应的势场函数及适用条件。在路径规划方面,构建了适用于动态目标追踪和静态目标引导的全局引力势场。两者结合从而确定了考虑《规则》避碰和路径引导的斥力及引力计算模型。最后依据航海实践、船舶运动特性、分区斥力和引力的合力,设计了可同时避碰动态他船（包括其不协调避碰行动）和孤立静态障碍物的实时自动避碰算法,并...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：220 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１整体研宂框架图??Ｆｉｇ．?１．?１?Ｏｖｅｒａｌｌ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｄｉａｇｒａｍ??１．５本文章节安排??
?２开阔水域避碰决策依据???的行动。另外，超过５°则认为是交叉相遇条款，一般也要求让路船采取右转措施。因此??应将我船置于最不利的状态，从积极的、及早的采取行动以避免碰撞危险的角度出发，??此界限取５°是可以接受的。基于此，关于三种局面划分的舷角界限如图２．?２所示。??艏向??／交叉相遇?Ｕ?交叉相遇、??。??２４７．５＾?Ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ?＾／１１２．５??＼＾追越?＾??图２．２各种会遇局面示意图??Ｆｉｇ．?２．?２?Ａｎ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅａｃｈ?ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ??图２．３?ａ？ｄ则展示了三种会遇局面下更加具体的避碰策略，其中实线箭头表示船舶??当前航向，虚线箭头表示该船采取避碰行动时可能选取的转向方向。??直航个?□让路?ｕｉ－?让路??ＳｔａｎｄＴｌ?／Ｈ?ＧｉＶ６＇Ｗａｙ?Ｓｔａｎｄ－ｏｎ?－歲６：，??２ｐｐｆｌ＾５?／?ｉ?＾?／?个?ｆ??＇、、丄４路?ｋ?＼｜?＾??■?Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?■Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?Ｈ?Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?ＨＩ?Ｓｔａｎｄ－ｏｎ??Ｒｕｌｅ１３／１６／１７?Ｒｕｌｅ?１４?Ｒｕｌｅ?１５／１６／１７?Ｒｕｌｅ?１５／１６／１７??ａ．追越局面?ｂ．对遇局面?ｃ．交叉相遇局面Ａ?ｄ．交叉相遇局面Ｂ??ａ．?Ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ?ｂ．?ｈｅａｄ－ｏｎ?ｃ．?ｃｒｏｓｓｉｎｇ?Ａ?ｄ．?ｃｒｏｓｓｉｎｇ?Ｂ??Ｗ?２．３三种会遇局面的避碰策略??Ｆｉｇ．?２．?３?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＣＡ?ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ?ｉｎ?３?ｔｙｐｉｃａｌ?ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ
?２开阔水域避碰决策依据???于１１２°．５？２４７°．５方向的来船，领域半径为０．４５ｎｍｉｌｅ；对于２４７°．５？３６０°方向的来船，??领域半径为〇．７〇?ｎ?ｍｉｌｅ，这是一个非圆的船舶领域且边界不规则，实际应用起来较为困??难。之后Ｄａｖｉｓ?ｅｔ?ａｌ．将Ｇｏｏｄｗｉｎ领域模型平滑处理形成偏心的圆形船舶领域。该??领域以虚拟船（ｐｈａｎｔｏｍｓｈｉｐ）位置为圆心，真实船在以假想船艏向为基准、方位为１９９°的??位置［｜０１，如图２．?４。领域半径以及虚拟船与真实船之间的距离，由驾驶员的技术水平、??船舶大孝速度等操纵性能参数确定。??！广?Ａ?＾?＼??Ｎ＾－?：彳虚拟船?Ａ?；??＼?（／??、、＇、、、－?乂’??图２．４平滑后的船舶领域??Ｆｉｇ．?２．?４?Ｓｈｉｐ?ｄｏｍａｉｎ?ａｆｔｅｒ?ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ??一些研宄针对三种会遇局面采用不同的领域模型，Ｃｏｌｄｗｅｌｌ的领域模型可演化为椭??圆形［｜３４．１３５】，但追越局面采用以船位为中心的正椭圆形领域模型，而对遇和交叉相遇局??面的领域模型也是偏心的椭圆，真实船位偏离椭圆中心左（下）方，且各自采用不同的??参数。贺益熊等提出的领域模型在三种会遇局面下也各不相同，交叉相遇局面采用偏心??圆，对遇和追越局面则采用偏心椭圆１｜２４］。??不管是何种形状的船舶领域，可能采用不同的安全标准：??①我船领域不被他船侵犯；??②他船领域不被我船侵犯？，??③两船的领域均不被对方侵犯。??以Ｃｏｌｄｗｅｌｌ的偏心椭圆形领域模型为例进行分析，前两种标准存在的问题是，针对??同一会遇局面尤其是交叉相遇局面，两船之间的最小通过距离会因
本文编号：3431633
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：220 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１整体研宂框架图??Ｆｉｇ．?１．?１?Ｏｖｅｒａｌｌ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｄｉａｇｒａｍ??１．５本文章节安排??
?２开阔水域避碰决策依据???的行动。另外，超过５°则认为是交叉相遇条款，一般也要求让路船采取右转措施。因此??应将我船置于最不利的状态，从积极的、及早的采取行动以避免碰撞危险的角度出发，??此界限取５°是可以接受的。基于此，关于三种局面划分的舷角界限如图２．?２所示。??艏向??／交叉相遇?Ｕ?交叉相遇、??。??２４７．５＾?Ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ?＾／１１２．５??＼＾追越?＾??图２．２各种会遇局面示意图??Ｆｉｇ．?２．?２?Ａｎ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅａｃｈ?ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ??图２．３?ａ？ｄ则展示了三种会遇局面下更加具体的避碰策略，其中实线箭头表示船舶??当前航向，虚线箭头表示该船采取避碰行动时可能选取的转向方向。??直航个?□让路?ｕｉ－?让路??ＳｔａｎｄＴｌ?／Ｈ?ＧｉＶ６＇Ｗａｙ?Ｓｔａｎｄ－ｏｎ?－歲６：，??２ｐｐｆｌ＾５?／?ｉ?＾?／?个?ｆ??＇、、丄４路?ｋ?＼｜?＾??■?Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?■Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?Ｈ?Ｇｉｖｅ－ｗａｙ?ＨＩ?Ｓｔａｎｄ－ｏｎ??Ｒｕｌｅ１３／１６／１７?Ｒｕｌｅ?１４?Ｒｕｌｅ?１５／１６／１７?Ｒｕｌｅ?１５／１６／１７??ａ．追越局面?ｂ．对遇局面?ｃ．交叉相遇局面Ａ?ｄ．交叉相遇局面Ｂ??ａ．?Ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ?ｂ．?ｈｅａｄ－ｏｎ?ｃ．?ｃｒｏｓｓｉｎｇ?Ａ?ｄ．?ｃｒｏｓｓｉｎｇ?Ｂ??Ｗ?２．３三种会遇局面的避碰策略??Ｆｉｇ．?２．?３?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＣＡ?ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ?ｉｎ?３?ｔｙｐｉｃａｌ?ｅｎｃｏｕｎｔｅｒ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ
?２开阔水域避碰决策依据???于１１２°．５？２４７°．５方向的来船，领域半径为０．４５ｎｍｉｌｅ；对于２４７°．５？３６０°方向的来船，??领域半径为〇．７〇?ｎ?ｍｉｌｅ，这是一个非圆的船舶领域且边界不规则，实际应用起来较为困??难。之后Ｄａｖｉｓ?ｅｔ?ａｌ．将Ｇｏｏｄｗｉｎ领域模型平滑处理形成偏心的圆形船舶领域。该??领域以虚拟船（ｐｈａｎｔｏｍｓｈｉｐ）位置为圆心，真实船在以假想船艏向为基准、方位为１９９°的??位置［｜０１，如图２．?４。领域半径以及虚拟船与真实船之间的距离，由驾驶员的技术水平、??船舶大孝速度等操纵性能参数确定。??！广?Ａ?＾?＼??Ｎ＾－?：彳虚拟船?Ａ?；??＼?（／??、、＇、、、－?乂’??图２．４平滑后的船舶领域??Ｆｉｇ．?２．?４?Ｓｈｉｐ?ｄｏｍａｉｎ?ａｆｔｅｒ?ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ??一些研宄针对三种会遇局面采用不同的领域模型，Ｃｏｌｄｗｅｌｌ的领域模型可演化为椭??圆形［｜３４．１３５】，但追越局面采用以船位为中心的正椭圆形领域模型，而对遇和交叉相遇局??面的领域模型也是偏心的椭圆，真实船位偏离椭圆中心左（下）方，且各自采用不同的??参数。贺益熊等提出的领域模型在三种会遇局面下也各不相同，交叉相遇局面采用偏心??圆，对遇和追越局面则采用偏心椭圆１｜２４］。??不管是何种形状的船舶领域，可能采用不同的安全标准：??①我船领域不被他船侵犯；??②他船领域不被我船侵犯？，??③两船的领域均不被对方侵犯。??以Ｃｏｌｄｗｅｌｌ的偏心椭圆形领域模型为例进行分析，前两种标准存在的问题是，针对??同一会遇局面尤其是交叉相遇局面，两船之间的最小通过距离会因
本文编号：3431633
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