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内河典型航道船舶自主航行决策方法研究
| 论文题名： | 内河典型航道船舶自主航行决策方法研究 |
| 关键词： | 内河典型航道;智能船舶;自主航行;航迹控制;避碰决策 |
| 摘要： | 船舶智能化有利于缓解由于人为失误导致的水上交通安全问题。自主航行是智能船舶的重要功能模块，诸多理论和方法被广泛应用于该领域的研究，但多针对开阔水域和良好天气条件，内河环境下的研究相对较少且缺少对《中华人民共和国内河避碰规则》（简称《内河避碰规则》）的深度解析。以某在建长江豪华邮轮为研究对象，在内河典型航道研究船舶自主航行决策方法，主要内容： （1）碰撞危险判断模型。根据内河典型航道的主要特点，基于航道灯浮布设构建数字航道模型；深度解析《内河避碰规则》，建立基于航道约束的会遇局面辨识模型；鉴于内河航道弯曲多变，根据航道、船舶运动态势推算船舶轨迹，引入船舶领域模型，按时序以他船是否进入为判断标准，建立碰撞危险判断模型。 （2）自主航行决策方法。结合模糊自适应PID（ProportionIntegrationDifferentiation）航向控制方法和船舶运动数学模型，推演船舶转向运动过程；根据船舶位置、航向与计划航线的偏差，采用视线制导算法和面向转向点的航迹控制方法，实现计划航线航迹跟踪；结合船舶领域和运动过程推演，改进速度障碍模型，刻画避碰机理，提出一种符合《内河避碰规则》和船舶操纵性约束的避碰决策方法；建立避碰完成后的复航模型；将自主航行过程分为航迹保持、避碰和复航3个阶段，提出求取各阶段有效行动方案的决策方法。 （3）自主航行仿真。在OpenCPN（OpenChartPlotterNavigator）软件平台中分别设置两船、多船会遇场景，通过比对本船和目标船的运动轨迹以及两船会遇的最近距离，验证避碰决策效果；比对本船复航的运动轨迹和计划航线的偏差，验证航迹控制方法的有效性。实验结果表明，提出的内河典型航道船舶自主航行决策方法能够实现对目标船的有效避让、本船的运动控制与航迹跟踪。 创新点：在内河典型航道，建立了基于时序的船舶碰撞危险判断模型；通过解析《内河避碰规则》的相应条款，构建了典型航道环境下的会遇局面辨识模型，提出了避碰决策方法；基于航迹控制和避碰决策，提出了自主航行决策方法。 提出的模型及方法符合《内河避碰规则》和实践，在内河典型航道船舶自主航行方面进行了积极探索，可为后续研究奠定理论基础和提供技术支持。 |
| 作者： | 李丽玲 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 贺益雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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