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基于改进速度障碍法的内河船舶避碰决策研究
| 论文题名： | 基于改进速度障碍法的内河船舶避碰决策研究 |
| 关键词： | 内河船舶;多船避碰;速度障碍法;MMG模型;碰撞事故 |
| 摘要： | 随着我国经济的不断增长，物流货运的不断繁荣以及南北贸易的逐渐深化，内河航运越来越成为无法取代的重要交通运输方式，对区域经济一体化及货物贸易自由化起着至关重要的作用。然而，在内河日益高强度、高密度的交通运输环境下，随之增长的便是船舶的安全问题。长久以来，船舶碰撞便是影响船舶航行安全、造成事故发生的最严重因素，这一问题不只体现在宽阔海域，在水道狭长的内河环境更加显著。内河船舶的碰撞事故不仅使国家经济蒙受了巨大损失，也对船员及乘客的人身安全造成了直接威胁，严重限制了内河航运事业的发展。由于内河水域环境复杂，传统应用于宽阔海域的避碰算法难以满足现实需要，针对这一问题，本文提出了一种基于改进速度障碍法的内河船舶避碰决策模型，旨在辅助船舶在航行时既能满足内河避碰规则，又能在船舶操纵性限制的条件下实现独立的避碰操作；同时改进后的算法具有一定的可靠性、实时性、稳定性，保证在不同局面下都能得到有效的避碰指令。本文主要的研究内容如下： （1）概述了我国内河环境及内河船舶避碰的相关知识。结合内河避碰规则，分析了船舶在内河基本的避碰操作，阐述了船舶在内河航行时的避让原则，明确了船舶在不同会遇局面下的避碰责任。 （2）构建了内河船舶数学模型。首先设计了随障碍物类型改变的动态船舶领域模型。然后分析了船舶在内河的受力，将传统应用于宽阔海域的船舶运动模型——MMG模型，改进为适应于内河环境的船舶操纵性运动数学模型。最后参考内河船舶的避碰需求升级了危险度评估模型。 （3）对船舶在内河环境需要采取避碰行为的局面进行了分析，引入广泛应用于智能体的避碰算法——速度障碍法来提供相应的避碰决策。在此基础上，本文针对内河环境，对速度障碍法进行了一定的改进，设计了基于动态船舶领域的速度障碍法。速度障碍法的改进包括：第一，设立了静态障碍物的分类模型。第二，将偏心椭圆船舶领域引入动态障碍物的避碰中。第三，重新划分了速度障碍区并考虑了安全距离。第四，设立了速度缓冲区。这些改进方便应对不同避碰情形。最后，也考虑了潜在威胁来实现紧迫局面下的避碰。 （4）利用MATLAB软件搭建了内河船舶避碰辅助决策实验环境，模拟了船舶在内河对静态障碍物（浅滩、暗礁等）、动态障碍物（对遇、追越以及交叉相遇局面）的避碰，同时检验了多船复杂会遇局面以及紧迫局面的避碰。通过分析仿真测试的结果，证实了改进速度障碍法用于解决内河船舶碰撞问题的可行性、有效性，可以为内河船舶提供合理的避碰决策。 |
| 作者： | 张广宇 |
| 专业： | 集成电路工程 |
| 导师： | 王红波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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