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基于四元船舶领域和模糊逻辑的船舶避碰决策研究
| 论文题名： | 基于四元船舶领域和模糊逻辑的船舶避碰决策研究 |
| 关键词： | 船舶碰撞;避碰决策;模糊逻辑;线性扩展算法;四元船舶领域 |
| 摘要： | 随着“21世纪海上丝绸之路”战略的实施，水路运输仍然是国际物流贸易中最主要的运输方式。这致使海上船舶交通流密度持续增大，船舶碰撞风险受到广泛关注。同时，船舶碰撞事故也是导致海上人员伤亡最主要的事故类型之一，在所有海上交通事故中占有很大比例。基于以上背景，为降低由于人为因素导致船舶发生碰撞事故的概率，本文以开阔水域两船和多船避碰为研究对象，重点对船舶会遇辨识、碰撞危险度定量计算及避碰决策等具体问题开展研究。实现了两船和多船在多种会遇场景下的碰撞危险度计算和避碰决策。主要研究内容如下： （1）构建互见条件下考虑目标船航向和航速的船舶会遇局面辨识模型。在船舶避碰过程分析和传统会遇局面辨识的基础之上，根据《国际海上避碰规则》（以下简称《规则》）和海员通常做法，构建船舶间的对遇、追越和交叉相遇局面的会遇辨识模型，明确船舶间的避让责任。 （2）提出一种基于四元动态船舶领域和模糊逻辑的船舶碰撞危险度定量计算模型。在船舶避碰几何原理分析的基础上，构建船舶碰撞危险度计算模型，将最近会遇距离、最近会遇时间、相对方位、相对距离和船速比作为模型的主要参数指标。为扩大模型的适用性并提高其计算精度，提出在传统模型中引入四元动态船舶领域模型，作为最近会遇距离隶属度函数的边界分界值。改进的船舶碰撞危险度计算模型考虑了船舶长度和实时航速对船舶间最小安全通过距离的影响。通过实验验证了改进模型的有效性，为船舶避碰决策提供可靠依据。 （3）提出一种基于线性扩展算法的船舶避碰决策模型改进策略。分别构建两船会遇和多船会遇情况下船舶碰撞危险度及避碰决策模型，并设置两船的三种会遇局面和多船的四种会遇场景进行仿真实验验证。通过对比分析船舶间碰撞危险度的参数变化、避碰效果和避让过程中航程的变化关系，验证了提出的方法能够对船舶间的碰撞危险度进行准确计算，并对目标船进行安全避让，可为值班驾驶员提供良好的辅助决策支持。 综上，本文面向航海安全保障和船舶智能避碰决策需求，研究的开阔水域船舶碰撞危险度计算及避碰决策模型，对保障船舶的安全高效航行具有重要的理论价值和现实意义，有利于推动船舶智能避碰决策的进一步发展。 |
| 作者： | 胡英俊 |
| 专业： | 海洋科学 |
| 导师： | 张安民;高邈 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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