基于改进樽海鞘群算法的船舶避碰决策及仿真实验

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting collisions at sea, COLREGs)和良好船艺的要求.使用速度障碍法判断船舶的碰撞危险度并将多船会遇避让的过程中避让的安全性、经济性以及船舶领域侵入程度作为建立避碰决策的目标函数.算法测试的结果中,WSSA与原始樽海鞘群算法(SSA)以及经典粒子群算法(partide swam optimization, PSO)相比较,WSSA算法在收敛的精度和速度方面都明显优于SSA和PSO算法.结果表明:WSSA在寻找最优碰撞路线的过程中迭代的次数更少,精度更高.

预设性能下的输出受限船舶航向切换容错控制

针对船舶输出受限、执行器故障不确定性和受到未知海洋扰动的船舶航向控制问题,提出一种基于切换策略的自适应容错控制方案。利用对数障碍李雅普诺夫约束航向误差并将状态输出约束在有限范围内。结合预设性能理论和反步法,针对具有不确定参数和执行器故障的船舶控制系统,将健康执行器作为备用。通过设计一套监控函数来监督航向误差的动态范围,实现了在执行器故障且故障模式未知的情况下,船舶航向控制器从故障执行器切换到健康执行器,同时满足跟踪误差的收敛性及控制系统稳定性。仿真验证了所提出算法的有效性。

基于相对船速比的避让行动效果分析

基于相对船速比(来船的相对速度与本船速度之比),当来船保向保速且存在碰撞危险时,本船采取转向结合变速避让行动和两船相互采取转向避让行动而产生的避让效果进行定量分析,并提出了基于相对船速比的来船真运动要素计算方法。

基于改进快速行进平方法的无人帆船动态避碰方法

[目的]为解决无人帆船在开阔水域的多船避碰问题,对基于改进快速行进平方(IFMS)法的局部动态避碰算法进行研究。[方法]考虑到帆船的速度不可控,将其避碰行为转化为航向控制问题,并以总势场梯度下降方向为期望避碰航向。当帆船没有碰撞危险或顺风航行时,仅通过构造时间势场来避开所有静止不规则障碍并到达目标点;而当帆船存在航行约束时,根据《国际海上避碰规则》(COLREGS)为特定会遇场景设计高斯似然函数用以动态地构建障碍势场。同时,考虑到帆船的航行死区,引入局部风势场,实现帆船动态避碰与“之”字形航行策略相结合的应用需求。[结果]结果显示,所提算法可以使无人帆船在遵守避碰规则和避免航行死区的同时,成功地在各种会遇场景下实现与其他帆船、受限机动船的避碰操作,相比原始快速行进平方(FMS)算法,逆风航行时间大大缩短,避碰航迹也更加合理、安全。[结论]所提方法符合帆船运动特性及避碰规则,在复杂环境下具有较高的安全性和鲁棒性,对无人帆船自主避障技术发展具有一定的科学价值。

长江口深水航道遭遇周边船舶失控的应对策略

长江口深水航道作为船舶进出上海港及长江沿岸港口的主要航道,每天有超百艘次各类大型船舶通行其中,因疏浚水深-12.5 m的主航道狭窄,船舶间交会需保持足够谨慎才能安全驶过。而当航道中有船失控时,其周围船舶需通过及时预判与合理应对,在避免本船安全受失控险情影响的前提下,为失控船进行紧急处置创造条件,防止碰撞事故发生。以引领周围船舶的引航员视角剖析此类情况,并分享可准确判断和安全应对的方法。

长江下游桥区动态自适应自主航行决策方法

针对长江下游桥区环境复杂且时变,存在特殊航行规则、可航水域受限等问题,提出一种自主航行决策方法。在该类水域,基于数字化交通环境模型,结合导航模型、船舶操纵运动数学模型(MMG)、航向航迹控制方法构建自动航行模型。以航行规则和良好船艺为前提计算可行操纵区间,依靠时序滚动框架消除剩余误差和自适应目标船(TS)机动,求取自主航行决策方案。仿真结果表明:该方法能自适应时变环境,实现自适应多目标避让,并沿推荐航线安全通过,为桥区水域自主航行提供一种自适应的决策方法。

航海技术对船舶避碰自动化的影响

随着航海技术的快速发展,船舶避碰自动化成为航运安全的重要环节。本文分析了航海自动化技术的发展现状,探讨了船舶避碰自动化中遇到的主要技术难题和潜在风险。特别关注了AIS技术、海图信息数字化技术及北斗导航技术在船舶避碰自动化中的应用与影响。通过对这些技术的深入研究,旨在提供对船舶避碰自动化技术发展的全面理解,为未来的航海安全和技术创新提供参考。

基于新航海技术的船舶避碰自动化系统功能与应用

受到风浪、洋流、天气等因素影响,船舶自动化船需要集成互联网、传感器、人工智能、雷达和海洋工程等高新技术,依靠其实现船舶的避碰自动化、远程操控和智能决策等功能,研究和运行的难度均比较高。基于此,本文简要分析了新航海对于船舶避碰自动化的影响,并从实际案例出发,提出了新航海技术在船舶避碰自动化中的具体应用措施,进而阐释了新航海技术的发展趋势。

内河船舶避碰技术中自动识别系统的应用

内河船舶避碰技术中的自动识别系统(AIS)是一种关键应用,它在船舶航行和避碰中发挥着重要作用。本文旨在通过了解AIS自动避碰系统的基本原理,重点分析内河船舶避碰技术中自动识别系统的应用。首先,AIS利用无线电通信技术,能够探测目标并提供实时的船舶信息,帮助船舶及时了解周围环境,避免碰撞事故的发生。其次,AIS在海上搜寻和救助中发挥重要作用,提供船舶位置和状态信息,协助救援行动。在船舶自动避碰系统中,AIS可通过获取避碰信息,实现船舶的避让行动。因此,自动识别系统的应用可以提升船舶的避碰认知能力,改进海事通信功能,并为避让行动提供可靠保障。

基于改进模糊评价法的无人艇碰撞风险计算

为了解决传统模糊评价模型在船舶风险评估中多仅适用远距离场景,以及缺乏考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,COLREGs)等问题,提出一种改进的模糊评价法,用于计算水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的碰撞危险度。该方法采用四元船舶领域确定模型中的安全距离,并通过行动域模型明确模型中碰撞威胁距离。同时,将两船是否构成紧迫危险局面引入到碰撞危险度的计算中。实验结果表明,改进后的方法能够适用于近距离水域的USV碰撞危险度计算,同时满足COLREGs的要求和航海避碰实际情况。

基于光视觉信息自适应聚合的船舶自主避碰决策

船舶航行环境复杂多变,多模态视觉相机采集的多源视觉信息融合过程繁杂,特征提取不够精细,为此研究光视觉信息自适应聚合的船舶自主避碰决策方法。利用Kinect相机采集多源图像,通过自适应聚合增强环境感知。结合MaskRCNN与ResNet-101,精确提取图像信息中的目标特征,经RPN生成候选区域。特征向量进入FCN与分类回归分支,识别目标并定位,转换坐标后获取运动态势。依据碰撞风险计算和船舶操纵经验,智能输出避碰指令。实验结果表明,该方法在复杂航行环境下展现出良好的避碰决策性能,光视觉信息聚合后,交并比、F1 score分别为92.7%、94.2%。

探析船舶操纵要素在避让中的应用实践

船舶航行过程中可能会出现碰撞风险,为了确保航行的安全性,需要及时开展避让操纵,保证船舶的安全。通过应用船舶操纵要素,可以让船舶在遭遇风险时完成合理的避让动作,并且快速完成避让。本文分析了船舶航行的原则,分析船舶避让的主要措施,最后针对如何使用操纵要素进行避让展开研究和分析,探讨不同情况下对操纵要素的应用。帮助船舶操纵人员更有效地进行船舶操纵,实现船舶航行过程中的避让,保证航行安全。

广州港榕树头水道及其端部水域航行与避让

榕树头水道及其端部水域作为广州港出海航道的重要组成部分,通航密度大,交通流复杂,事故多发,安全隐患常见,为确保航行安全和大湾区高质量发展,笔者结合自己多年的引航经验,介绍航行要领和注意事项,为驾引人员提供参考。

新航海技术对船舶避碰自动化的影响

为了保证船舶航行期间的安全,船舶避碰自动化控制极为重要,该技术可以针对船舶周围状况进行分析,帮助船舶驾驶人员开展决策,完成对周围船舶的避让、水下礁石的规避。本文分析了各类新航海技术在船舶避碰自动化过程中的作用,针对船舶避碰自动化技术的应用状况展开研究,分析避碰新航海技术的应用方法,总结新航海技术对避碰自动化的影响。希望通过研究可以帮助技术人员有效使用各类全新的航海技术,合理优化各类技术的应用,满足船舶的应用需求。

基于灰色关联分析的船舶碰撞人为失误影响因素研究

为避免船舶碰撞事故发生,构建由软件、硬件、环境和人组成的模型(Software Hardware Environment Liveware,SHEL),形成避让操纵流程图,设置调查问卷识别出具体的13项人为失误影响因素。基于灰色关联分析法(Grey Relation Analysis,GRA)对各项人为因素与船舶碰撞事故之间的关联度进行分析。结果显示,各项因素与船舶碰撞事故之间的关联度为0.720~0.976,均为重要因素,其中,未保持正规瞭望与发生碰撞之间的关联程度最高。对人为因素与碰撞事故之间的关联度进行排序,得出各因素与碰撞事故发生之间的紧密程度,从而为船舶避碰操纵提供一定的借鉴和参考。

基于改进蚁群算法的船舶路径规划算法与避碰仿真实验

近年来,船舶正逐渐向智能化和自主化方向发展,船舶路径规划作为实现船舶智能化的基础,已成为学术界的研究热点。蚁群算法作为最常用的元启发式算法之一,在解决路径规划问题上取得了不错的效果,但仍然存在若干缺陷。为解决蚁群算法实现船舶路径规划时存在的迭代速度慢、路径安全性较低等问题,采用启发式和融合式策略改进算法:在蚁群算法迭代初期,引入人工势场,提高算法迭代效率;将路径长度、路径安全性和路径平滑性约束函数融入信息素更新规则,保障船舶航行路径安全;构建混合蚁群静态路径规划算法,加入船舶避碰方法,搭建船舶动态路径规划算法。为验证路径规划算法的可行性和稳定性,设计各种仿真环境并进行了对比分析,结果表明,改进后的蚁群算法收敛速度快,且路径规划更加贴合实际。

航海技术对船舶避碰自动化的影响研究

文章旨在探讨航海技术对船舶避碰自动化的影响,并提出了一系列的研究发现和建议。通过分析航海技术与船舶避碰自动化之间的关系,强调了航海技术在数据收集和感知、自动化决策支持、通信与协同以及性能监控与维护方面的关键作用。着重探讨了航海技术对船舶避碰自动化的影响,并提出了一系列可行的措施,以加强船舶避碰自动化建设,包括硬件升级、软件开发、数据质量管理、数据通信和集成、以及算法改进。有助于提高航行的安全性和效率,促进海上交通的可持续发展。

自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策

[目的]为实现船舶的高效避碰与安全航行,针对自主船舶与有人驾驶船舶混合航行环境下的交互避碰问题展开研究,提出一种多智能体交互的船舶动态博弈避碰决策方法。[方法]依据驾驶实践,理解并分析混行环境下的船舶避碰问题,基于《国际海上避碰规则》量化船舶会遇态势及碰撞危险,引入动态博弈理论,将存在碰撞危险的船舶个体建模为博弈中具有独立思想的参与者,并以船舶的航向改变量为博弈策略,在船舶安全性收益、社会性收益及经济性收益约束下求解船舶的最优行动序列,以及将船舶驾驶员风格的差异化引入仿真实验中以验证避碰决策的有效性。[结果]结果显示,所提方法能够在自主船舶与有人驾驶船舶混行场景下实现多船的安全会遇;各船在面对不同驾驶风格的目标船舶时均能类人地调整自身的行为策略,从而实现安全避让。[结论]所做研究可为自主船舶及有人驾驶船舶的避碰决策提供参考。

基于人工神经网络的狭水道无人船航行避碰路径建模

当无人船在狭水道内航行时,设计一条安全的航行路线可以有效地避开浅滩、浮标、灯标、桥墩等障碍物.在航行水域中选取一系列平面分布点,将相邻分布点之间通过平滑曲线连接起来,用于表示狭水道无人船航行的避障路径.定义上述路径的总能量函数为路径的长度能量函数和对障碍物的碰撞罚函数能量之和。通过求解目标总能量极小,可使每个路径点朝着能量减小的方向运动,最终便能达到总能量最小的路径,即为最优避障路径.计算机仿真验证了模型的可行性。

基于CSSOA的多船智能避碰决策研究

[目的]智能避碰决策作为船舶安全航行的关键技术之一,对智能船舶的发展具有重要意义。针对多船会遇下的智能避碰决策问题,提出一种基于高斯变异和Tent混沌的改进麻雀搜索优化算法(CSSOA)。[方法]算法采用Tent混沌映射初始化麻雀原始种群,提高其多样性,并对适应能力差和搜索停滞的麻雀个体进行混沌映射,利用高斯变异提升局部搜索能力和鲁棒性,改进方案优化启发式算法收敛速度慢和易陷入局部最优的问题。综合考虑船舶间船速比、最小会遇距离、相对距离、最小会遇时间、相对方位等因素,利用模糊隶属度函数建立船舶碰撞风险模型,并通过多船典型会遇场景进行实例验证。[结果]实验结果显示,改进算法的平均迭代次数较粒子群算法和原麻雀算法分别减少了77.97%和53.57%。[结论]改进后的麻雀优化算法能以更优的收敛速度寻到安全经济的避碰路径,为船舶驾驶员提供避碰决策参考。