船舶避碰智能决策自动化研究

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1、船舶避碰智能决策自动化研究本文由stwyvern贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。[收稿日期]2005-09-28[基金项目]福建省自然科学基金资助项目(A0410023)[作者简介]李丽娜(1962-),女,教授,从事航海自动化技术研究.[文章编号]1007-7405(2006)02-0188-05·综述·船舶避碰智能决策自动化研究李丽娜,杨神化,曹宝根,李子富(集美大学航海学院,福建厦门361021)[摘要]简要论述了实现船舶自动避碰的意义、自动避碰

2、的基本过程及其研究内容,重点分析了国内外船舶避碰智能决策自动化的研究现状和动向、存在的主要问题与对策,指出了船舶避碰智能决策自动化尚待研究的课题.[关键词]船舶避碰;智能决策;碰撞危险度;模糊数学;专家系统;神经网络[中图分类号]U666·12+4[文献标识码]A0引言随着航运业的发展,船舶正朝着大型化、专业化、快速化方向发展,海上交通环境因此日趋复杂,船舶航行密度越来越大,航道与港口水域变得相对狭窄,使得船舶操纵问题越来越突出,船舶碰撞、搁浅触礁事故时有发生.据统计,每年失事的船舶约200艘,总吨位数为1

3、20万,t占世界船队的0·4%左右,这相当于每15d失事一艘5万t级的船舶.事实说明,在船舶避碰辅助设备十分普及的今天,船舶碰撞、搁浅和触礁事故仍屡屡发生.这些事故的发生,不仅造成了重大的人员伤亡、巨额财产损失,而且对海洋环境构成严重的威胁.在碰撞的事故原因调查中,有80%以上是由于人为因素造成的.解决人为因素问题可以通过两个途径:一是加强船员的技术培训及管理,提高船员的素质及责任感;二是提高船舶的自动化程度,逐步实现航海自动化.由于航海是一种艰苦的职业,其特殊的工作条件和环境,使得船员的流动性较大.随着经

4、济的发展,船员不可能长期从事航海这个职业已成事实,这样必然导致船员海龄不高、驾驶员经验不足以及技术不娴熟等问题.综上分析,随着科学技术的迅猛发展,从技术上提高船舶的自动化程度,在决策和操作上减少人的参与,减轻驾驶员的负担,逐步实现船舶避碰的自动化,这才是解决人为因素问题的根本办法.因此,船舶避碰自动化的研究对船舶安全很有实际意义,“1996年国际海上避碰会议”就曾提出,船舶自动避碰是今后10年乃至20年航海技术的主攻方向.1船舶自动避碰的基本过程为了区别船舶间的碰撞和船舶搁浅触礁问题,以往人们通常把避免船舶

5、间碰撞的系统称为避碰系统,把避免搁浅触礁的系统称为避礁系统.实际上避碰和避礁是不可分割的统一体,两个问题必须兼顾才能确保船舶的安全航行,因此这里所指的船舶避碰的含义是避免船舶碰撞和搁浅触礁二重意思.第2期李丽娜等:船舶避碰智能决策自动化研究船舶自动避碰的基本过程如图1所示.严格来讲,船舶自动避碰包括水上与水下物标信息源的自动采集与处理、避碰信息的处理、危险判断与最佳决策的自动生成(即避碰智能决策的自动化过程)、决策的自动实施以及自动通报本船的操船意图等.智能自动舵[1]和主机自动控制系统可以解决避碰决策的自

6、动实施问题;关于自动通报本船操船意图问题因原有通信设备VHF的局限性尚未解决,新兴的船舶自动识别系统AIS(AutomaticIdentificationSystem)有可能解决这个问题.2国内外研究现状及其新动向2·1关于避碰信息的量化处理关于避碰信息的量化处理包括目标船运动要素和安全判据的量化、船舶碰撞危险度的评价方法,如运用模糊数学和神经网络方法建立船舶碰撞危险度、船舶碰撞空间危险度和时间危险度的模型.文献[2]将基于自适应神经网络的模糊推理用于评价船舶碰撞危险度.结果表明,基于神经网络的模糊推理系统

7、既能利用模糊数学的模糊语言来表达人的语言,又能利用神经网络的自学习功能,学习已有的经验,是一种较好的学习方法.文献[3]基于“领域”概念和模糊原理,建立起一个用于确定船舶间碰撞危险度的数学模型.这些研究结果显示了模糊数学、神经网络在船舶碰撞危险度的评价方面得到有效应用.文献[4]以《国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)为依据,以船长专家对《规则》的解释和驾驶员的实践经验为基础,应用运动学原理及平面解析几何的知识,基于雷达和AIS提供的信息,导出安全会遇距离的数学模型,以此为基础又导出紧迫局面距离和最晚施舵

8、时机的量化模型.最晚施舵时机不仅反映了目标与本船可能发生碰撞的危险性和紧迫性,而且隐含着本船对危险目标所采取的避让措施的难易程度,文献[5]船舶避碰智能决策的自动生成正是用它来衡量多船情况下危险目标的危险度大小,决定避让参考目标.2·2关于避碰智能决策的自动生成与优化2·2·1模糊数学方法文献[6]研究的“船舶避碰的模糊决策”,利用模糊数学结合实际调查提出了一种避碰决策方法,同时给出了在船舶交叉相遇局面中让路船的