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基于人工势能场路径规划的船舶自动避碰研究
| 论文题名： | 基于人工势能场路径规划的船舶自动避碰研究 |
| 关键词： | 船舶碰撞;路径规划;自动避碰;碰撞危险度;人工势场法 |
| 摘要： | 船舶在航行过程中，一旦发生碰撞，船舶及其装载的货物会遭到损坏，船员和旅客的生命安全也将受到严重威胁。与此同时，需要大量的财力和人力及物力挽救船舶碰撞造成的海洋污染问题。因此，将路径规划应用到船舶避碰当中，是解决上述船舶碰撞带来问题的重要途径。 本文采用人工势场法进行路径规划，通过计算出的临时目标点构造临时的引力势场，以此解决船舶在航行过程中的避碰问题。本文对传统人工势场法的引力势场函数和斥力势场函数进行改进，使得人工势场法在本船采取避碰行动时发挥出更好的避让效果。本船在海上航行时，当海面出现障碍物时，对于单艘来船，计算来船的碰撞危险度（CRI），通过设定CRI阈值，以此确定本船采取避让行动的时机。当出现碰撞危险时，本船通过判断当前与来船的会遇态势，按照《国际海上避碰规则》要求，采取符合当前会遇态势的避碰行动。通过绝对安全距离确定转向角度，求取避障点，到达避障点后，判断本船对来船驶过让清后，从驶过让清的位置，再规划出到达终点的路径，行驶到终点。当本船在航行过程中与多艘来船会遇时，航行情况更加复杂。不仅要考虑来船的DCPA和TCPA，还应该考虑来船方位，两船距离以及船速比，通过计算以上五种影响因素的隶属度函数值，对求取出的障碍物危险度进行比较，以此来确定避让重点船。通过MATLAB2018a仿真平台，分别模拟出船舶在航行中与单船形成的对遇、交叉相遇和追越态势，以及本船与多艘来船会遇的局面。仿真验证结果表明，本船在出现碰撞危险的会遇局面中，采取的基于人工势场法路径规划的避碰行动能够在遵守《国际海上避碰规则》的同时，也能够很好地规避静态障碍物和动态障碍物。 |
| 作者： | 孙壮 |
| 专业： | 航海科学与技术 |
| 导师： | 赵月林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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