检索结果-南通市图书馆

作者：李旭东上海海事大学

学位级别：硕士

船舶航行安全一直是航海界专家学者研究的重点，随着港口经济的迅速发展，往返于世界航路的船只越来越多，致使船舶避碰在保证船舶航行安全中的重要性越发明显。为此，国际海事组织、各沿海国家以及航海界的专家学者都致力于如何减少船... 详细信息

船舶航行安全一直是航海界专家学者研究的重点，随着港口经济的迅速发展，往返于世界航路的船只越来越多，致使船舶避碰在保证船舶航行安全中的重要性越发明显。为此，国际海事组织、各沿海国家以及航海界的专家学者都致力于如何减少船舶碰撞事故发生的研究，并在不同层面取得了相应的成果。在船舶避碰的研究中，以几何避碰为核心的技术性的研究一直是该项工作的重点。ARPA雷达的出现为几何避碰的研究带来质的变化，使得实现船舶自动避碰成为可能。近年来，国内外的专家学者致力于其中，提出了各自的见解和观点，并设计了多种基于避碰几何分析的船舶自动避碰系统。然而，由于雷达固有的缺陷，ARPA系统并不能提供自动避碰所需的准确信息，从而制约了自动避碰系统的实际应用。近年来船舶AIS系统的投入使用，给获取会遇信息的方式带来了彻底的转变，由雷达的主动探测转化为本船的自动接收，会遇船舶之间实现了真正的准确信息共享。船舶几何避碰的研究中，船舶预测危险区域（Predicted Area of Collision：PAD）具有直观、迅速准确地判断碰撞危险，和直接提供转向避碰的幅度以及可对多目标同时观测等优点。但是因为船舶PAD自身模型存在的不足及雷达的固有缺陷，使得雷达PAD在航海实践中难以得到充分的利用。本文将以船舶AIS系统提供的信息为入口，结合交通工程学中船舶领域的概念，对船舶PAD及其应用进行进一步的探讨，提出基于船舶领域的船舶PAD（Domain-based Predicted Area：DPAD），并尝试在计算机上对其进行图形处理。本论文的正文部分分为六章。第一章为序论部分，主要介绍船舶碰撞研究的现状及发展趋势，本文选题的背景以及研究的目的与内容。第二章为船舶避碰的几何模型，分为三个部分，第一部分分析了AIS系统提供的信息;第二部分讨论了船舶会遇的几何模型，并基于几何坐标系建立AIS避碰信息的分析模型;第三部分分析了当前交通工程学中对于船舶领域研究的状况。第三章为船舶预测危险区（PAD）及其数学模型，主要介绍了区域碰撞危险评价方法以及船舶碰撞危险区域的原理，分析了船舶PPC（Predicted Point of Collision）和PAD的绘制原理和相应的几何模型。第四章为基于AIS信息与船舶领域的船舶预测危险区模型，它是本文的重点，主要分为四个部分，第一部分分析了船舶PAD的特点，并提出需要改进的

关键词： AIS 几何避碰几何坐标船舶领域 PAD DRAD

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

高速水面艇实时动态避碰方法的研究

高速水面艇实时动态避碰方法的研究

作者：周晓周哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着海上贸易的日益频繁,国家之间在海洋邻域方面的竞争日益扩大,智能无人艇的作用将越来越大,国内外对智能无人艇的研究也受到越来越多的重视,使无人艇具有更智能,更经济的特性将是今后研究的重点。在对无人艇的研究中,对高速水面无人... 详细信息

随着海上贸易的日益频繁,国家之间在海洋邻域方面的竞争日益扩大,智能无人艇的作用将越来越大,国内外对智能无人艇的研究也受到越来越多的重视,使无人艇具有更智能,更经济的特性将是今后研究的重点。在对无人艇的研究中,对高速水面无人艇的动态避碰的研究将是水面无人艇智能化研究的重要环节之一。本文以高速水面无人艇为研究对象,针对无人艇航行过程中对动态障碍物的动态避碰行为展开研究。根据高速艇需要实时性比较高的特性,选择几何避碰算法和动态窗口法这两种算法作为动态避碰的核心算法。分别对以这两种算法为核心的避碰方法进行研究。对于几何避碰算法,充分考虑避障时间,航线偏离度,复航安全三方面的综合性能。首先介绍了几何避碰算法的基本原理,根据速度的不同,将无人艇的动态避碰分为规避高速艇的避碰和规避低速艇的避碰两种具体的避碰模式。当综合危险度CRI大于0.5时,无人艇开始进行避碰机动。根据无人艇和目标船的相对运动信息,经过理论分析和计算可以得到无人艇的安全航向范围区间,本文以安全航向范围区间为基础,提出最短避碰时间,最小偏离原航线距离,复航安全这三个概念,结合国际海上避碰规则,使得无人艇的动态避碰行为做到避碰过程和复航过程的安全航行,并兼顾避碰航行的最优经济性能。对于动态窗口法,着重对动态窗口的精准性、航行经济性、抵达时平稳性进行改进。在无人艇的动态避碰过程中,动态窗口法实时地生成航速和艏向旋转角度的动态窗口,为了方便研究和计算,在动态窗口内对航速进行离散化,经过采样之后,根据离散的航速和艏向得到预测航线。在评价函数中,对无人艇与航路点的方位角,无人艇与障碍物的距离,以及航速大小进行综合评价,得到最优的预测航线。本文将通融合速度障碍法来进一步优化动态窗口,使改进后的动态窗口可以有更好的避碰效果,除此之外,本文为了使无人艇以平稳的航速到达航路点且保持自身平稳将增加平稳抵达的距离阈值SAD,并借助算法融合的距离阈值SSD改善无人艇的速度变化。对两种避碰方法的仿真实验表明,以几何避碰法为核心的避碰方法可以实现动态避碰过程安全性能和经济性能的综合最优,并且结合了国际海上避碰规则,具有良好的实时性,是良好的避碰方法。但是对于静态障碍物存在下的动态避碰不具有良好的适用性。改进后的动态窗口法因为动态窗口的实时更新,故具有较高的实时性,对动态障碍物具有很好的避碰效果,并且在提高避碰决策速度的同时提高了自身的平稳性能。本文所改进的动态窗口避碰方法对动态避碰具有良好的效果,但是经济性能并不能保证最优。

关键词：水面无人艇几何避碰动态窗口动态避碰

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多目标的无人艇避碰决策方法研究

基于多目标的无人艇避碰决策方法研究

作者：李笑莹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

与船舶避碰决策系统不同,无人避碰系统因为无人参与,所以在技术上有更高的要求。本课题与上海某所无人艇试验相结合,为无人艇提供避碰决策系统。该系统从显控台接受计划航线,获取传感器信息,然后得出避碰决策发送给航行控制器,使得无人... 详细信息

与船舶避碰决策系统不同,无人避碰系统因为无人参与,所以在技术上有更高的要求。本课题与上海某所无人艇试验相结合,为无人艇提供避碰决策系统。该系统从显控台接受计划航线,获取传感器信息,然后得出避碰决策发送给航行控制器,使得无人艇在按计划航行时能够避开动静态障碍。整个避碰过程首先需要对获取的信息进行相关的参数计算,包括运动参数、航段判断以及坐标转换等,再结合专家经验建立最小安全会遇领域模型,然后以这些信息为输入,进行危险度评估。若有危险则进入算法避碰决策过程,得到安全路径输出给控制器。本课题中分别采用人工势场法和几何避碰法两种算法实现避碰决策系统。且建立了避碰决策系统的评价指标,以便对避碰行动优劣进行评估。对于人工势场法避碰决策系统,首先建立人工势场模型,解决人工势场法中局部最小问题,然后采用几何建模的方式对静态环境建模,且基于安全性考虑对动态障碍进行建模。最后针对人工势场法输出路径点过多不符合控制器要求的问题,建立了路径点过滤模型。对于几何避碰决策系统,首先对基本概念以及几何避碰原理做了简要介绍,建立了规避高速艇模型和规避低速艇模型。然后对海事规则中的会遇情形和行动幅度进行讨论,将几何避碰模型与海事规则相结合,确定了安全航向和复航时机模型。最后针对几何避碰多艇过程提出了三种方案并对其性能分析。对人工势场法系统的仿真结果表明,能够避开动静态障碍,但是避碰行动评分不高,且并不符合海事规则,实验结果表明系统需要考虑控制器延时问题。而对几何避碰系统的仿真结果表明对动态障碍有较优的避碰行动。综上,人工势场法对于静态障碍有很好的避让效果,但是对于动态障碍规避效果不如几何避碰。几何避碰则能够结合海事规则,避碰行动和幅度都能建立模型进行限制和优化,但是不能规避静态障碍,且几何避碰通过避碰航向和复航时机计算得到避碰路径点只有一个,不满足复杂情况下的避碰要求。

关键词：无人艇避碰决策系统人工势场法几何避碰

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

复杂会遇局面船舶智能避碰方法研究

复杂会遇局面船舶智能避碰方法研究

作者：范宗宝哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

船舶作为海上重要交通工具,一直以来发挥着不可替代的作用。随着商业的发展和贸易往来,水上交通愈加繁忙,这对船舶水上航行安全带来了巨大考验。与无人驾驶类似,船舶的无人驾驶及辅助驾驶成为一个研究热点。船舶避碰就是船舶“无人驾驶... 详细信息

船舶作为海上重要交通工具,一直以来发挥着不可替代的作用。随着商业的发展和贸易往来,水上交通愈加繁忙,这对船舶水上航行安全带来了巨大考验。与无人驾驶类似,船舶的无人驾驶及辅助驾驶成为一个研究热点。船舶避碰就是船舶“无人驾驶”的关键一步。对船舶避碰以及航线规划的研究,能在很大程度上降低水上交通事故的发生几率,保证人身财产安全,促进航运规范发展。本课题主要从航行环境和船舶控制出发,研究复杂会遇情况下的船舶避碰问题,降低船舶碰撞事故的发生,提高水上航行安全。首先,建立了船舶避碰系统框架。分析复杂会遇局面的特点,进而研究船舶避碰过程并划分会遇态势,建立了基于DCPA和TCPA的碰撞危险度模型;对《国际海上避碰规则》进行分析,将避碰规则定量化描述为操纵约束条件,在此基础上,结合船舶自身的操作性能建立了船舶操纵控制模型。其次,引入聚类的思想,使用CFSFDP算法对静态的障碍物进行簇划分,提出了自主选择聚类算法组合参数的方法,改进后的聚类效果准确率提高30%以上,自主化程度提高。对于动态的障碍物例如船队,利用船舶相似度进行分组聚类并通过仿真验证,能够实现航行船舶的动态分组。聚类后起到减少会遇态势,减少避碰船舶组数的效果,降低会遇局面复杂性。然后,研究了动态船舶位置预测方法。通过机器学习的方式对动态船只进行基于自身状态的轨迹预测,使用RBF神经网络推测动态障碍物轨迹,在网络训练阶段,应用K-Means算法和狼群算法对神经网络的参数寻优,并在这过程中,提出了狼群算法自适应步长改进方法。通过仿真,改进狼群算法优化的神经网络预测精度提高,预测误差波动减小,预测效果更加稳定。最后,进行海上会遇局面船舶智能避碰方法实验验证。根据复杂会遇局面,分别针对同种类多障碍物环境、多种类障碍物环境以及多船会遇局面等复杂局面进行了船舶避碰仿真。实验对比了基于栅格法避障的方法和基于以遗传算法为代表的智能算法的避障方法,结果表明本文研究方法在路径平滑度和算法高效性上占据优势,且在多船协调避碰方面发挥出色,具有一定的可行性。

关键词：聚类 RBF神经网络轨迹预测狼群算法几何避碰协调避碰

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于机器学习的无人艇自主避碰方法研究

基于机器学习的无人艇自主避碰方法研究

作者：石韬哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着军事、资源、科研等领域的需要,人们对海洋的探索意识愈加强烈,无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是一种在海面上可以进行自主规划决策航行的水面平台,可以自主决策完成对于人来讲比较枯燥和危险的任务。无论在军用、民用... 详细信息

随着军事、资源、科研等领域的需要,人们对海洋的探索意识愈加强烈,无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)是一种在海面上可以进行自主规划决策航行的水面平台,可以自主决策完成对于人来讲比较枯燥和危险的任务。无论在军用、民用还是科研领域都有着广阔的发展前景。船舶碰撞事故是海上交通事故的主要组成部分,而无人艇的自主避碰是海上安全航行的基础。本文以无人艇的海上航行安全作为所要考虑的首要因素,使用机器学习算法对静态障碍物进行聚类对动态障碍物进行轨迹预测,静态障碍物的聚类使原本数量较多需要进行大量计算来进行避碰的障碍变为数量较少的障碍,动态障碍物的轨迹预测,可得出动态障碍物未来一段时间的航行轨迹,减轻无人艇避碰复杂度,提高避碰的准确度,以安全避碰为中心,研究障碍物的位置与航行轨迹,主要完成了以下工作内容:首先,对无人艇规避障碍的知识建立框架。深入研究无人艇对障碍的的避碰过程与无人艇与动静态障碍物之间的会遇态势,确定了规避障碍的基本流程和避碰阶段,并根据会遇态势的不同将会遇细分为不同的角度。建立无人艇运动学模型,对船舶航行中的各种参数进行计算。建立了无人艇碰撞危险度模型,使无人艇在有碰撞危险时,有具体的参数依据判断何时做出反应。其次,利用机器学习算法对无人艇的静态障碍物进行聚类处理。聚类所选择的机器学习算法为密度峰值算法,使用密度峰值算法对静态障碍进行聚类可以使零散分布的礁石、小型岛屿等小面积的障碍分成一类,看作一个障碍,把障碍密集的区域简单化,减轻避碰难度,使无人艇海上航行更加安全。然后,对无人艇的动态障碍物航行轨迹进行预测。预测所选择的机器学习算法为RBF神经网络。深入研究了RBF神经网络的原理,采用K均值算法确定RBF神经网络的径向基函数参数,深入研究狼群算法原理,并对狼群算法提出改进,利用改进的狼群算法优化径向基神经网络学习过程,确定RBF神经网络权值。对非线性的轨迹进行预测,并对改进后与改进之前狼群算法进行对比,说明了改进的作用。对动态障碍物的航行轨迹预测,可以使无人艇避碰对避碰时机与动作更加准确。最后,对无人艇的动静态障碍物进行避碰。研究了无人艇避碰的时机与具体的行动,确定会遇障碍时应该做出的动作。以障碍物的速度进行区分,建立无人艇避碰几何模型,计算出进行避碰动作和恢复航向时的转向角。算法的整个流程均可由无人艇自主完成,实现了无人艇海上航行的智能化。

关键词：无人水面艇(USV) 机器学习密度峰值算法狼群算法 RBF神经网络几何避碰

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

船舶避碰智能辅助决策研究

船舶避碰智能辅助决策研究

作者：秦绪杰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

当今世界海运仍然是商业贸易的主要货运形式,随着国家建设“21世纪海上丝绸之路”规划的提出,我国的对外贸易往来越来越频繁,船舶的数量和流量逐年增加,极大地带动了经济的发展。但人力成本的上升和碰撞事故逐年增多的问题也随之而来。... 详细信息

当今世界海运仍然是商业贸易的主要货运形式,随着国家建设“21世纪海上丝绸之路”规划的提出,我国的对外贸易往来越来越频繁,船舶的数量和流量逐年增加,极大地带动了经济的发展。但人力成本的上升和碰撞事故逐年增多的问题也随之而来。为了解决这个问题,工信部在2016年设立了“智能船舶1.0研发专项”,主要目标是运用先进的信息化技术,实现船舶关键系统的智能化,实现船舶航行智能决策和控制、能效智能管理等,从而更好地保证船舶的航行安全和效率。在此背景下,本文开展开阔水域船舶智能避碰辅助决策方法研究并进行仿真验证。首先,研究了船舶避碰领域基本知识以及开阔水域船舶避碰的基本原理。根据《1972年海上避碰规则》对船舶的会遇态势和避让责任进行划分,实现了船舶运动参数的计算并建立了基于时间空间的船舶危险度模型。其次,基于避碰几何算法实现了两船避碰辅助决策。利用KT方程对船舶进行建模和仿真,并构建了一种改进的基于最晚施舵点的危险度模型来确定避碰时机,并对其进行可视化仿真。基于该危险度模型,利用避碰几何确定避让幅度,根据《1972年海上避碰规则》制定避让策略确定复航时机,实现了开阔水域两船和三船避碰辅助决策并进行了仿真验证,仿真结果表明该算法能够有效实现两船和三船避碰,但不适合于处理三条以上船舶会遇的情况。再其次,基于遗传算法实现了船舶避碰路径规划。将船舶避碰问题转换为能用遗传算法处理的一般形式,确定合理的编码方式。综合考虑航线的安全性、经济性及与《1972年海上避碰规则》的符合程度等多种因素,构建目标函数和适应度函数,选择合适的遗传操作。仿真结果表明,基于遗传算法的船舶避碰辅助决策能够实现多船(含三条及以上船舶)避碰路径规划,但算法收敛速度较慢,不适于实时应用。最后,基于动态规划思想实现了船舶避碰辅助决策。基于航线信息构建了一种径向栅格地图,并从船舶航行的安全性,航线的经济性、航线偏差等方面综合考虑来构造评价函数,提出了一种基于径向栅格地图的动态规划算法。基于Qt和VS2008建立船舶避碰仿真系统,仿真结果表明,本算法能够有效实现多船(含三条及以上船舶)避碰辅助决策。使用包围盒算法对静态碍航物进行表示,仿真验证了本算法对静态碍航物的避碰效果。

关键词：船舶避碰智能辅助决策动态规划几何避碰遗传算法