原文传递
内河桥梁无人值守主动防船撞预警方法
| 论文题名： | 内河桥梁无人值守主动防船撞预警方法 |
| 关键词： | 桥梁主动防撞预警系统;无人值守;船舶轨迹;实时预测;卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 跨越通航水域的桥梁日益增多，导致船-桥碰撞风险大幅增加。以往被动防撞设施并不能有效避免事故的发生，有必要对桥梁主动防撞问题开展研究，减少乃至避免船桥碰撞事故，保障桥梁和桥区水域船舶通航安全。 文章根据船舶制动理论对桥区水域危险区域进行了划分，构建了桥区水域仿真环境。基于贝叶斯分类器建立了船舶异常行为辨识模型，实现对桥区水域异常船舶的识别。在此基础上使用卡尔曼滤波算法构建船舶轨迹实时预测模型，对异常船舶的航行轨迹进行实时跟踪和预测。最后提出一种基于时序信息快速滚动更新的船桥主动预警方法，对桥区水域内有偏航、逆行异常行为或有撞桥风险的船舶实时预警，基于预警方法开发了一套岸基无人值守的船桥主动防撞预警系统。主要研究内容如下： （1）基于船舶操纵行为特征的桥区危险区域划分。分析了桥区水域船舶制动方式，构建了风、流影响下船舶在倒车制动和满舵旋回方式下的桥墩最小安全距离模型。以船舶吨位为自变量确定了船舶距离桥墩的最小安全距离，自适应划分不同吨位船舶在桥区水域的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级危险区域。 （2）基于船舶交通流历史轨迹分析的桥区水域船舶异常行为辨识。对桥区水域船舶历史轨迹进行清洗和聚类，分析了桥区水域船舶的交通流特征，探究了桥区水域船舶典型航行行为。按照贝叶斯分类算法建立了分类器，提出并验证了基于船舶历史数据的桥区水域船舶异常行为辨识模型。 （3）构建了桥区水域船舶轨迹预测模型。依靠卡尔曼滤波方法涵括船舶位置误差噪声影响，按当前船舶运动状态信息计算下一时刻位置。基于时序的目标船状态信息快速滚动更新，构建桥区水域船舶轨迹预测模型。研究了时间步长对预测结果精度的影响，分析了桥区水域船舶位置预测精度要求，根据分析结果设置了预测时间步长，实现了有异常行为船舶轨迹实时跟踪和预测。 （4）提出了一种船-桥主动防撞风险预警方法。确定了船-桥主动防撞风险的预警范围和流程，构建了基于时序信息快速滚动更新的系统设计总体框架。根据框架中各子模块提出了预警模型和算法。针对长江典型桥梁开展了仿真实验，并建设了实用系统。仿真结果验证了提出的船桥主动防撞风险预警模型、算法的准确性，实用系统运行结果证明了系统设计和研究成果的可靠性和实用性。 提出的船桥主动防撞风险预警方法能适应不同交通环境的桥区水域，建设的实用系统能适应各种天气条件，全天候无障碍、无间断动态监控，目前已在长江上游某大桥上安装并试验运行。研究成果可为桥梁主动防船撞预警提供理论基础、技术支持与系统解决方案。 |
| 作者： | 李浩宇 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 黄立文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
