基于动态窗口法的近海水域船舶避障算法研究

[目的]提出一种改进的动态窗口法,以解决近海水域智能船舶在面对夹击及动静混合会遇时无法有效避让的船舶避障问题。[方法]为得到在近海水域航行的船舶约束条件,针对近海水域对船舶避障的影响因素进行分析,同时提出近海水域船舶航行最低避障要求;然后对动态窗口法(DWA)的目标函数进行优化改进,并将其与船舶和障碍物的距离相关联,以提升船舶在航行图中的安全性,同时将目标函数中的航向权值引入船舶会遇态势判断,以使目标船舶可以有效判断船舶的避障责任;最后,通过仿真模拟验证改进算法的有效性。[结果]仿真结果表明,所提的改进算法在分别遭遇夹击以及复杂会遇的情况下,能够清晰地判断船舶的避障责任,降低航行过程中的速度变化陡峭度,且所规划的船舶航行路径可有效提升船舶航行的安全性。[结论]所提避障算法可为解决近海水域智能船舶遭遇复杂会遇情景的避碰失败问题提供参考。

基于安全等级的动态船舶安全领域模型研究

船舶安全领域模型是智能船舶避碰决策的关键环节,针对传统船舶安全领域模型在碰撞风险系数定量计算方面存在的局限性,以及在不同会遇态势下采取相同的静态模型,且未考虑多船同时会遇本船时模型变化的情况,提出一种考虑两种安全等级的动态船舶安全领域模型。结合船舶几何形状,综合考虑了会遇过程中目标船和本船的船速比、相对方位、两船距离、最近会遇距离、最近会遇时间5个因素,选取Kijima船舶安全领域模型界定两个安全等级的会遇范围,通过构建危险度隶属函数进行船舶碰撞的危险度评估。在此基础上,选取Gaussian函数为影响函数,将目标船的危险度代入影响函数,通过计算得出该船对安全领域模型各节点方向的分量。在多种不同的单船和多船的会遇态势下对模型进行仿真验证,结果表明:构建的船舶安全领域模型能有效识别目标船的碰撞危险度,可为智能船舶及自动避障航行系统研发提供技术支持。