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原文传递船舶智能自动避碰系统研究

论文题名：	船舶智能自动避碰系统研究
关键词：	自动避碰系统;实时导航信息系统;预测控制;船舶航路规划;船舶智能系统
摘要：	船舶智能自动避碰系统(SIACAES)的研究是21世纪航海科技的重要研究课题，是船舶航行自动化的基础，是海上智能交通系统的重要组成部分。船舶智能自动避碰系统的研究随着航海科技以及相关理论的支持发展下也在不断的发展创新，到目前为止，对该系统关键问题的研究主要集中在怎样合理应用船舶采集的多传感器导航信息以及怎样建立合理有效的避碰决策系统上。为此本文在对前人研究成果总结、归纳、分析的基础上，根据当前航海科技发展的现状，做出了如下研究和探索工作：针对当前避碰系统中导航信息相对不足的现状，提出了采用ARPA雷达，AIS以及多图像处理系统等多传感器信息为系统提供导航信息的系统结构，并对AIS设备输出信息的采集处理进行了研究，在此基础上建立了适合多传感器信息融合的模型，提出了相关的航迹相关、点迹合并以及时间对准的融合算法和方法，经过仿真验证，该融合算法合理有效，能满足实时的在线处理。在ARPA雷达和AIS信息融合处理过程中，针对航迹关联所必需的坐标转换，提出了将ARPA雷达信息坐标转换到AIS位置信息所在坐标系的方法，并且充分考虑将测量到的ARPA雷达信息的空间直线距离化为大地线距离的地面观测元素的归算问题，在椭球面上利用高斯平均引数正算公式求解待定点大地经纬度，进行定位计算，利用该方法对大地测量主题的解算，获得的位置精度大大提高，通过计算验证，其一致性也得到很好的验证。为以后信息融合奠定了良好的基础。无论是信息融合仿真还是实际应用，往往都存在多种形式坐标间转换问题，为此，本文提出了利用数值导数计算多坐标系间转换的雅可比矩阵的计算方法，可以应用于不同坐标系间海量数据的转换，其精度、一致性以及计算速度都被验证，应用效果非常好。借鉴预测控制滚动优化的原理，提出了基于滚动窗口的船舶航路规划方法，充分利用多传感器探测到的实时导航信息进行在线滚动规划，有效的结合了优化和反馈机制，对于船舶所处的动态不确定环境具有很强的适应性，本文给出了具体的规划原理，一般性算法步骤和仿真图示。将滚动航路规划方法应用于动态未知环境下船舶的自动避碰问题的求解中，其中包括动态障碍物(目标船)航路计划已知和未知两种情况，在规划过程中提出了船舶可行区域和目标障碍区(禁入区)的概念，通过对多传感器融合信息的应用，合理地进行场景预测，恰当的选择局部航路规划算法，使滚动航路规划算法有效的解决动态不确定环境下船舶自动避碰问题，并在一定条件下证明了以上环境中滚动航路规划算法的安全性能以及全局目标的可实现性。通过仿真证明滚动航路规划对于未知不确定环境中的船舶自动避碰具有很好的适应性。本系统目前已完成了实验室研究、仿真工作，下一步将进入到航海应用试验阶段。无论是多传感器信息融合的研究还是预测控制理论在船舶航路规划中的应用，本文所作的工作对于现代船舶智能自动避碰系统都提供了一个很好的思路和解决方法，具有一定的现实意义。
作者：	徐志京
专业：	测绘科学与技术·大地测量学与测量工程
导师：	王解先
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文