基于航迹预测的实时船舶安全预警方法

为实现船舶实时安全预警,以帮助驾驶员及时发现航行危险,预防水上交通事故发生,基于可采集的实时船舶自动识别系统(AIS)、水文、气象及基础通航要素等信息,对船舶的航迹进行预测。通过计算动态最近会遇距离(DCPA)和最近会遇时间(TCPA)得到航行空间危险度和时间危险度,进而得到船舶实时航行风险指标,最终实现船舶实时安全预警。以力源2轮撞武汉长江大桥的事故为例,对水域内船舶进行实时监控,在事故发生前自动判别该船航行异常情况,提前发现航行危险,并实现实时预警。结果表明,该方法能弥补现有船舶安全预警系统的不足,及时有效地发现船舶高风险航行行为,并进行实时预警。

基于模糊聚类的海上交通事故分析

大量研究表明,80%的海上交通事故与人的因素有关。究其原因,驾驶员对碰撞危险度很难有定量的认识。模糊聚类是一种定性与定量相结合的数学分析方法。首先结合实例利用仿真技术对船舶的碰撞过程进行动态还原仿真,然后通过船舶碰撞事故分析系统进行分析得出事故相关船舶连续的最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)动态曲线,最后应用模糊聚类的分析方法建立碰撞危险度的分类模型,为海上安全主管机关调查和处理船舶碰撞事故提供一种新的途径,同时为船长、驾驶员采取正确的避碰措施提供参考。

灰色预测在船舶避碰时机决策中的应用

针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机,应用灰色系统理论预测模型,实时预测各目标船相对于本船在下一时刻的运动参数,预估目标船相对于本船的最近会遇距离DCPA和最近会遇时间TCPA;同时,对于灰色预测模型预测误差大的问题,提出了先缓冲后预测的处理思想,并对缓冲算子作了改进。仿真结果表明,该方法能有效提高船舶海上航行的灵活性和安全可靠性,达到提前预警和帮助驾驶员提前做好避碰准备与应急措施等目的。

船舶转向避让时机与行动的确定及估算误差的影响

从船舶运动数学模型出发,用曲线图的方式给出了确定船舶转向避让时机与行动的方法,以及估算误差对它们的影响。避让时机用最简单的到目标船的距离表示,避让行动是指转向角度的大小。对避碰规则中的"早、大、宽"给出了明确的定量,根据该定量可避免无谓的精神紧张和航程浪费,使驾驶员在采取避让行动前就能够预计避让结果。

基于Kalman滤波的船舶跟踪技术

为了辅助船舶驾驶人员即时掌握目标船的运动状态,本文将对雷达探测设备每采样时刻获取的目标数据,应用Kalman滤波技术对目标的运动状态进行在线估计,并实时预估目标船相对于本船的最近会遇距离DCPA和最近会遇时间TCPA。仿真结果表明,该方法既能有效抑制噪声的干扰,又能达到提前预测目标船态势和帮助驾驶员提前做好避碰准备与应急措施等目的。

基于船舶领域的让路船决策分析

为解决驾驶员使用最近会遇距离(distance of closest point of approach,DCPA)和最短会遇时间(time of closest point of approach,TCPA)进行避让决策时存在的忽略目标船参数的问题,采用Coldwell船舶领域模型并引入度量参数的方式,推导出具有时间序列的动态避让决策参数——最小缩放因子、领域侵入时间和领域侵入度。基于二分法和推导出的决策参数设计让路船决策流程,使用VC++MFC编程实现MMG模型仿真,并与基于传统DCPA和TCPA的避让决策仿真结果进行对比。结果表明,基于推导出的决策参数的避让决策能够解决基于DCPA、TCPA的避让决策忽略目标船参数的问题,具有预警时间精度高,避让时间短,避让转向角更合理等优势。推导出的决策参数在航线经济最优化和限制水域的避让决策方面都存在实用价值。

基于扩展式动态博弈的多船避碰决策模型

为揭示船舶避碰(SCA)决策研究中船舶操纵人员在会遇场景表现出的避碰决策动机和偏好,更准确地反映多船避碰(MSCA)场景下各个船舶运动变化的趋势,将博弈模型引入现有的MSCA分析,提出将MSCA问题转化为相关船舶间完全信息的非零和动态博弈问题的方法。首先,利用最短会遇距离(DCPA)和最短会遇时间(TCPA)等参数度量SCA的危险程度,获得避碰优先级;其次,参考国际海上避碰规则(COLREGS)选择船舶操纵性和经济偏好作为避碰决策特征,为每艘船建立扩展博弈树;最后,采用逆向归纳法求解子博弈纳什均衡。结果表明:所提出的基于博弈论的MSCA方法与传统方法相比,能使各个船舶作出更有利于化解碰撞局面的决策。

基于毫米波的小型船舶防撞算法研究

本文构造了一种基于毫米波的小型船舶防撞算法,该算法具有3个组成部分:检测5 km范围内的船只;通过应用最小会遇时间(TCPA)和最近会遇距离(DCPA)标准来识别危险船舶;持续监测海上交通风险和增量警报信号.通过仿真实验对算法的可行性进行了验证,仿真实验结果表明,警报信号是根据到危险情况的距离逐渐生成的,该小型船舶防撞算法能够在有效的距离内安全地避免碰撞.

数据融合在船舶避碰中的应用研究

针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机建立数学模型,实时预估目标船相对于本船的最近会遇距离和最近会遇时间。同时,针对预测模型误差大的问题,提出了先缓冲后预测方法,并对缓冲算子作了改进,弱化其随机性。应用数据融合技术,给出系统的数据融合处理模型,进一步改善和提高系统跟踪目标的精度。仿真结果表明,该方法是有效、可行的。

航海中DCPA和TCPA量符号的规范用法

根据量符号使用的一般规定,以航海学科中DCPA和TCPA量符号为例,指出使用中存在的问题,给出了规范用法.

船舶避碰行动领域模型的研究

分析船舶领域和动界的研究现状.在研究船舶碰撞危险度的基础上,建立船舶动态避碰行动领域模型.该模型为船舶自动避碰决策系统提供依据,并能直接指导航海人员的避碰行动.其领域边界随碰撞危险度阈值的不同而变化,对于碰撞危险度为零的船舶,该领域不存在.最后,通过实例说明避碰行动领域模型的应用.