内河船舶桥区航行避碰系统研究

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1、内河船舶桥区航行避碰系统研究摘要：针对内河船舶在桥区航行时易发生事故的情况，因此，开展内河船舶桥区航行避碰系统研究，对提高船舶通过桥区的安全保障具有重要的现实意义。本文建立了一个完善的船舶自主检测周围环境的系统，此系统可对船体周围实现定点扫描和实现全方位扫描，并返回障碍物或船只的相对距离和方位，对所得数据进行分析判断，选取内河船舶碰撞危险评判指标，并根据标判定船舶运行安全等级，由自主检测周围环境系统，得出船桥避碰优化准则。关键词：船舶避碰；桥区航行；自主检测；安全评定1.引言内河航运作为交通运输的重要形式之一，在我国交通运输体系中有着举足轻重的作用。

2、随着内河航运基础设施建设力度的加大，内河航运的特殊优势将更加明显，将对国民经济和社会的发展作出更大贡献。然而由于交通事业迅速发展，船舶在数量、吨位、体积和航速上逐年增长，船舶撞桥等事故发生的频率也越来越高，船桥碰撞事故如果发生，会严重威胁人命、财产安全，给人类社会活动和自然环境等造成严重影响，直接降低水运、公路和铁路等运输方式的安全性，轻者损伤船舶及桥梁，影响使用寿命，重者造成桥梁倒塌，船舶沉没，导致重大的人员伤亡和财产损失。国内外有关报道和资料表明，船舶与桥梁发生碰撞的事故在世界各地不断发生，由此造成的人员伤亡、财产损失以及自然环境破坏非常严重，远

3、远超过了我们的想象，一些船撞桥特大事故经常发生，造成巨大的人命和财产损失，而大量的间接损失更是难以计算。因此，开展内河船舶桥区航行避碰建模与仿真研究，对提高船舶通过桥区的安全保障具有重要的现实意义。本文将针对内河船舶航行及内河航道的特点，全面分析影响内河船舶与桥梁碰撞危险的各种因素，构建船舶防撞系统，减少船舶在桥区造成的船舶碰撞事故，为安全、畅通、快捷的内河航运提供良好的技术保障。2.船舶防撞系统组成2.1船舶防撞系统研制为了实现船舶在桥区航行的安全性,航运技术发展到目前,主要采取两个方面措施，一方面是依赖于船舶交通管理系统(VesselTraffi

4、cService,VTS),另一方面是船与船操作时依赖于船舶避碰规则。而雷达一直作为这两个方面主要的观测设备,用来监测和识别船舶。作为普通雷达的发展，自动雷达标绘仪(AutomaticRadarPlottingAids，ARPA)早已作为现代大型船舶上用于避碰的主要仪器得到普遍使用，对减少船舶碰撞发挥了重要作用。国内的集美大学经过多年的研究，提出了应用框架式专家系统原理模仿避碰专家的思维，并通过运用数理分析导出的各类算法，使避碰专家系统实现在线学习、形成动态知识库，同时为提出最佳避碰方案提供依据，从而为研究避碰的科学性、经济性问题提供了行之有效的方法

5、。国内的大连海事大学、哈尔滨工程大学、武汉理工大学等科研院所也正在进行有关智能避碰系统的研究工作。国外的研究有英国利物浦工业大学的开阔水域中多船碰撞知识库系统的设计。日本东京商船大学的“海上导航专家系统”中的避碰子系统都有一定的代表性。各种研究的基本思路都是要建立知识库(存储由雷达设备或其他设备检测的相遇船动态数据、避碰规则、船长经验、专家分析、本船与来船的操纵性、运动状态等数据），根据分析相遇船和本船的态势以及本船运动状态，查询知识库并得到避碰方案，或由推理机将相关数据信息有机的综合成专家系统，经学习推理自动给出避碰方案并予以实施。综上所述，船舶防

6、撞系统取得了很大发展，但船桥碰撞防护与船舶防撞有所不同，内河桥区船舶交通流模型的建立尚存在不足，体现如下：雷达和ARPA这种手段的特点是提供的信息较少，不能自动识别船舶，不能告知船名、国籍与操船意图，与其他船舶交互性信息较少。随着技术的进步，雷达的性能得到了一定的提高，但始终难以克服其自身的局限性。常常受到气象、海况及地形的影响。往往越是需要雷达、ARPA发挥作用的狭窄水道，船舶密度大的水域以及遭遇恶劣气象环境时，雷达、ARPA却越不能充分发挥作用。2.2系统组成自主检测周围环境系统主要由电源，主控制器，电动云台，数据采集单元报警电路等几部分组成。1

7、主控制器主控制器是整个采集及监测系统的核心，由工控机、报警电路等部分构成。主要负责整个系统的协调与管理、与各模块的通信、报警以及数据存储等。2电动云台由水平方向和垂直方向两个高性能的电机和云台组成的两自由度电动云台，通过单片机控制云台运动，从而带动固定在云台上的激光测距传感器，以装载此系统的船只为参考点对船体周围环境进行实时测量，实时监控。3数据采集单元系统选用STM32型号单片机，采集的信号通过接口直接与单片机串行口相连，构成数据采集单元。4报警电路报警电路是防撞系统的重要组成部分，一方面他具有直观性，可以提高操作人员的直觉警惕性，另一方面可以使操

8、作人员能够分身做其他的事情，当系统测量距离超过门限设定，报警电路提供声音和视觉上的提示，使得操作人员及时作出