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。

基于改进DBSCAN的船舶会遇识别模型

为解决大数据下船舶会遇识别算法效率不高且存在误判等问题,提出一种融合国际海上避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)的带噪声的基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法,建立船舶会遇识别模型。在DBSCAN算法对邻域内的船舶数量进行统计时,计算船舶间的最近会遇距离(distance to closest point of approach,DCPA)和最近会遇时间(time to closest point of approach,TCPA),初步筛选邻域内的噪声点;基于模糊综合评价模型计算船舶会遇风险,对邻域内的船舶进行二次筛选,实现船舶会遇态势的提取。结果表明:改进后的DBSCAN算法过滤掉传统DBSCAN算法识别到的非会遇局面,并且在同一会遇局面下的船舶数量均保持在4艘以内;输出的会遇船舶风险演变趋势对实际水域内高风险船舶的监控适用性较好,能有效辅助船舶避碰。所提识别模型对保障航行安全和提高海事监管效率具有重要意义。

改进RRT^(*)算法的无人艇局部路径规划方法

文中提出一种改进RRT^(*)算法,该算法依据国际海上避碰规则计算本船与他船间DCPA与TCPA并判断会遇场景,限制采样空间.通过偏置采样在采样空间中选取采样点,增强目的性,加快搜索速度.依据线段公理和锚点采样的方式重新选择父节点,去除中间冗余的节点,减少路径转向次数和路径长度,使得最终生成的路径相对平滑.结果表明:改进RRT^(*)算法减少了81%以上的转向点和5%以上的路径长度.

智能船舶背景下《1972年国际海上避碰规则》的修正

鉴于智能船舶的快速发展使得对《1972年国际海上避碰规则》的修正尤为迫切,根据智能船舶的含义和自主分级,从船舶避碰实践视角分析智能船舶与规则之间一些不可避免的冲突,如在智能船舶的适用性、任何能见度下和互见中的行动规则等方面存在的冲突。提出在船舶不同自主级别下对公约修正的认识和建议,以期促进船舶航行安全,为国际海事组织及相关立法机构梳理和修正法规提供参考。

基于改进人工势场法的多无人艇避障策略

针对多无人艇编队避障问题,对静态避障的路径消耗问题进行建模分析,在动态避障时提出一种偏置人工势场法使策略符合艇群国际海上避碰规则(swarm International Regulations for Preventing Collisions at Sea,sCOLREGS)。本方法首先对传统人工势场法进行改进,定义符合艇群会遇态势判断需求的sCOLREGS,通过速度障碍法实时判断碰撞风险,然后利用偏置斥力区域的改进人工势场法实现对规则的遵守。仿真实验表明,本文方法在障碍物与编队大小相当时可显著减少避障路程,在确保避障实时性的同时,较好地遵守了国际海上避碰规则相关条例。研究结论可为海面无人艇集群安全航行提供参考。

对《1972年国际海上避碰规则》有关“不应妨碍”条款的理解及修改意见

针对《1972年国际海上避碰规则》中“驾驶和航行规则”的存在容易引起误解的有关“不应妨碍”条款,提出个人的理解和修改意见。

船舶避碰时机曲线图研究

船舶最佳避碰时机表现为两船之间距离变化中的某一段,是船舶值班驾驶员最关心的问题.通过分析不同情况下船舶避让行动与时机曲线图,给出了船舶避让最佳时机的起始点D_(act1)和终止点D_(act2),以及最佳避碰行动点,得到了这些避让行动时机点与最小安全会遇距离(D_(s))、船速比(k_(V))、目标船相对方位(Q)、目标船最近会遇距离(D_(cpa))的关系.船舶避让行动与时机曲线图表明,最佳避让时机是存在的,可以用数值表示出来,能够用于指导海上船舶避碰实践.

基于《1972年国际海上避碰规则》和驾驶台资源管理的船舶碰撞事故分析

基于一起人为失误而导致的船舶碰撞事故,从避碰规则和驾驶台资源管理的角度分析了涉事船舶存在的过失。船员未能正确遵守《1972年国际海上避碰规则》、船员情景意识欠缺和船员责任心不强是导致事故发生的主要原因。结合《1972年国际海上避碰规则》中的具体条款分析如何才能预防这种事故的发生。在船舶驾驶中,增强驾驶台团队的责任心、提高驾驶台团队情景意识、加强船舶领导和值班人员领导力和决策力对保证航行安全至关重要。

船舶避碰双让理念行动模式研究

从《国际海上避碰规则》某些概念的含义出发,分析直航船在早期采取行动的权利和直航船行动规则的某些问题解说,指出其危害性,给出直航船行动要点解读.认为提倡“双让理念”海上避碰机制的时机已经成熟,研究了双让行为及具体做法,以及践行船舶双让理念的避碰机制,给出了让路船和直航船的紧迫局面距离和紧迫危险距离.确立海上船舶避碰实务以避免紧迫局面为核心举措和第一要务,明确“及早”行动也适用于直航船,只要第十七条1款(2)项中规定的情况出现,直航船就应该首先“独自采取操纵行动”.

改进速度障碍法的无人艇局部路径规划

针对传统速度障碍(velocity obstacles,VO)法进行局部路径规划时避碰路径长、避碰时间长以及忽略紧迫局面会遇中避让责任的约束等问题,提出一种适用于水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)的改进VO法。将四元船舶领域和碰撞威胁距离引入VO避碰时机的计算中,确定了避碰阈值;将最晚施舵距离作为碰撞危险局面过渡到紧迫局面的临界值,构建了紧迫局面模型;设计了USV避碰模型,并通过国际海上避碰规则(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,GOLREGs)进行约束。比较分析了对遇、右交叉、左交叉和追越4种会遇的避碰仿真。仿真结果表明:改进的VO法平均路径缩短39.88%、平均时间减少44.26%,改进后的局部规划能够在保证安全避碰的条件下满足GOLREGs第8条和第13~17条的避让要求。

基于椭圆碰撞锥的无人艇动态避障方法

为了提高无人艇在海洋动态避障中的效率,提出一种基于椭圆聚类-碰撞锥推演的可预测型无人艇海洋动态避障控制方法。在现有的路径规划算法,大多数对障碍物进行圆形建模,进一步采取规避措施。依据无人艇在海洋环境下实际的碰撞问题,提出对动态船只进行椭圆聚类,进一步提高无人艇的避障效率。提出的避障算法结合了《国际海上避碰规则》(COLREGS),并在避障结束后回归到初始规划轨迹上,最后,对提出的动态避障算法进行了仿真分析和实验测试。

渔船碰撞事故责任分析中应注意的若干问题

随着海洋渔业的发展,渔船数量不断增多,船舶间碰撞事故的发生也就难以避免了。渔港监督部门作为主管机关在受理碰撞事故后,必然要进行责任分析,明确双方当事船舶的责任分摊。本文依据《1972年国际海上避碰规则》,提出了渔船碰撞事故责任分析中应注意的若干问题,以便有关部门参考。

基于复杂性地图的多船避碰模拟

为研究港区水域多船避碰问题,提出建立复杂性地图来为避碰提供信息决策的方法.扰动船在到达水域边界之前,利用联合避碰算法,并考虑《国际海上避碰规则》来对扰动船以每种可能的航向进入水域而给水域内的船舶所带来的复杂性值进行计算,从而构建出复杂性地图.利用该复杂性地图提前为扰动船决定一个合适的进入水域的位置和航向,保证该船以此方式进入时,其与水域内他船没有碰撞冲突或者为直航船,从而减少水域内船舶为避碰所需的操纵活动.通过两种交通情景来建立复杂性地图,并对该地图提供的避碰决策信息的有效性进行验证,仿真结果表明,利用复杂性地图提供的信息均成功地在总体避碰操纵活动最小的要求下,为扰动船选取了合适的进入点和航向来安全通过该水域,并到达其最终目的地,结果证明了该方法的可行性.

海洋维权执法下《联合国海洋法公约》的适用——南海仲裁案第13项仲裁请求裁决评析

仲裁庭无视对菲律宾第13项请求进行判断的前提——黄岩岛主权归属及沿海国的确定,武断地得出《联合国海洋法公约》第298条1(b)不适用于领海的结论。仲裁庭对菲律宾第13项请求不具有管辖权。菲律宾船舶在我国黄岩岛领海的通过不能构成无害通过,我国有权根据《联合国海洋法公约》第25条采取必要的步骤以行使保护权。在行使沿海国保护权的特殊情形下,应对《国际海上避碰规则》适用于船舶航行进行严格解释。《联合国海洋法公约》第94条的义务主体是船旗国,义务的属性是管辖义务,违反《国际海上避碰规则》并不必然违反《联合国海洋法公约》第94条的义务。

对船舶号灯、号型条款中常见误解类型的剖析

号灯、号型是船舶不可或缺的组成部分,是识别和判断船舶类型、大小、动态和工作性质的主要手段。尽管《1972年国际海上避碰规则》规定了各种船舶在不同动态下应显示的号灯或号型,但是由于船舶吨位增大,地方和港口主管机关对号灯、号型另行规定以及为满足当前操纵需要而设计的新型船舶出现,加大了对号灯、号型所提供的信息判断难度。本文以事故案例为引导,根据当前航行环境特点,对号灯、号型的规定进行有针对性的分析和研究。

英文版海上避碰规则中句子成份的间隔和省略

从实例出发,分析了避碰规则中经常出现的间隔和省略语法现象,如主语与谓语的间隔,谓语两个组成部分的分隔,以及长句中名词、介词短语和动词的省略等,旨在对航海英语教学和航海英语学习者有所启示。

实时避碰的无人水面机器人在线路径规划方法

针对动态环境下,无人水面机器人(USV)必须遵守国际海上避碰规则公约且实时在线路径规划的难题,提出一种无人水面机器人在动态环境下进行在线路径规划的方法。此方法将国际海上避碰规则公约融入速度避障法,将速度避障法中的相对速度线性化,使其能作为约束融入混合整数线性规划器。同时将USV的本体动力学约束与环境约束结合,采用多目标函数作为优化函数,根据任务的要求选择距离优化函数、速度优化函数和遵守COLREGs目标函数等多个优化目标函数。最后,通过对USV在2种会遇情况规划路径的仿真实验分析,验证了此规划算法的有效性。

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法。[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响碰撞危险度因子的模糊隶属度函数,提出一种多元碰撞危险度评估模型,实现船舶碰撞危险度的精确计算;最后,以船舶避碰总路径最短为目标函数,提出一种基于驾驶员视角(BOP)的智能避碰决策模型,在船舶操纵性、舵角限幅等约束下求解最优避碰策略,并在典型的会遇场景下进行仿真实验。[结果]结果表明,该方法可以准确判断驾驶航行态势,给出合理的转向策略,实现典型会遇场景下的有效避碰。[结论]所做研究可为实现船舶自主航行提供理论基础和方法参考。

基于四元船舶领域和避碰规则的碰撞危险度模型

目前,船舶碰撞危险度的评价多基于各类船舶领域模型,缺乏对海上避碰规则这一因素的考虑。为此,基于四元船舶领域和海上避碰规则对船舶碰撞危险度模糊评价模型进行了改进。模型在计算碰撞危险度时,考虑了本船是否侵入目标船船舶领域的这一情况,并将本船作为直航船时的是否处于紧迫局面这一状况融入到了碰撞危险度评价中。使用MATLAB进行了仿真实验,结果表明改进的模糊评价模型能计算出更符合海上实情且满足海上避碰规则的碰撞危险度,为后续避碰决策研究提供更为准确的数据。

基于深度强化学习的无人驾驶船舶避碰行为决策方法

为解决无人驾驶船舶的多船避碰问题,结合船舶领域知识、国际海上避碰规则(COLREGs)及船舶操纵特性,提出一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的多船会遇避碰行为决策方法。采用门控循环单元(GRU)构建神经网络模型,并进行层归一化处理,可有效处理高维观测数据,提高了行为决策的效率。本文设计的奖励函数符合国际海上避碰规则,并考虑了尽量使用小舵角进行避让的船舶操纵习惯。多船会遇的仿真实验验证了本文避碰决策方法在灵活性和有效性方面的优势。