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1、第17卷第3期大连水产学院学报Vol.17No.32002年9月JOURNALOFDALIANFISHERIESUNIVERSITYSep.2002文章编号:1000-9957(2002)03-0251-05船舶避碰几何决策的优化方法姚杰(大连水产学院海洋渔业系,辽宁大连116023)摘要:当两艘船舶相遇存在碰撞危险时,采取何种避碰行动可通过避碰几何作图来求取。但几何作图方法只考虑了安全问题,而没有考虑经济问题。如何根据避碰几何原理,结合优化方法求取最优的避让行动至今仍没有得到解决。作者针对这一船舶避碰决策中存在的问题,提出了一种几何决策优化的方法。关键
2、词:船舶避碰;几何决策;优化方法中图分类号:U675.96文献标识码:A到目前为止,船舶避碰决策方法基本上是以基于几何作图方法来进行的。即当两艘船舶相遇时,利用几何作图方法,求出两船之间的最近会遇距离和到达最近会遇距离点的时间。以最近会遇距离作为碰撞危险的绝对指标,参考到达最近会遇距离的时间及其他运动要素,来断定两船之间是否存在碰撞危险。当存在碰撞危险时,采取何种避碰行动以避免碰撞也可通过避碰几何作图来求取。然而,在利用几何作图方法求取避让措施时,只考虑了安全问题,即以最近会遇距离为惟一指标,保证采取避让措施后能使来船在安全距离外通过;而没有考虑经济问题
3、,如采取避让行动所需要的时间,偏离原航线的距离等。从安全避让的角度上讲,不考虑经济而只考虑安全是可以理解的。但随着航海技术的提高,特别是从自动避让技术的研究方面着眼,不考虑经济问题是不科学的。目前,关于这方面问题的研究还不多见,如何根据避碰几何原理结合优化方法求取最优的避让行动是至今仍未解决的问题。本文作者针对这一船舶避碰决策中存在的问题,提出了一种几何优化避碰决策方法。1避碰几何作图的基本原理1.1几何作图的作用在船舶避碰决策问题上,目前使用雷达(包括ARPA雷达)进行决策时,所采用的基本方法是几何作图法。该方法是在船舶上使用雷达进行碰撞危险预报,并采
4、取相应措施以避免碰撞的危险。通过雷达进行连续观测得到来船的方位与距离后,利用几何作[1]图可以得到来船的以下信息:收稿日期:2002-03-01作者简介:姚杰(1964-),男,博士,副教授,捕捞学校级重点学科渔业航海技术研究方向的学术带头人。252大连水产学院学报第17卷(1)来船的航向与航速;(2)本船与来船相遇的最近距离(DCPA)和时间(TC-PA);(3)利用DCPA、TCPA断定是否存在碰撞危险;(4)在本船与来船间存在碰撞危险时,可以求取本船为避免碰撞应采取的措施,包括变向与变速措施;(5)可以通过作图判断来船是否采取了避让措施;(6)若本
5、船采取了避碰行动,可以通过作图确定本船恢复原来航向的时间。1.2几何作图方法设已知本船的航向与航速为C0、v0,本船位置在图1中的圆心O,圆为本船周围的安全区,半径为r;通过两次雷达观测得到的来船的位置资料:(t1,TB1,D1)、(t1,TB2,D2)。求来船的航向、航速、DCPA、TCPA,判断是否存在碰撞危险,若本船与来船之间存在碰撞危险,求本船应采取的避让行动及本船何时恢复原来的航向。[2]根据避碰几何的基本原理,作图步骤如下:(1)根据雷达观测资料,作出相对运动“速度三角形ABC”,即可求出来船的航向与航速;(2)从本船位置O作相对运动线,即可
6、得到最近会遇点,进而得到DCPA和TC-图1船舶相对运动图PA;(3)根据DCPA、TCPA即可判断是否存在碰撞危Fig.1Relativemovementofships险;(4)若存在碰撞危险,则首先确定何时采取避碰行动,即确定采取行动点P。从该点作本船安全区圆域的切线,然后从C点作切线的平行线CF,即可求得所改变的航向或航速,也就是来船从本船安全区外驶过的新航向或新航速;(5)作来船相对运动线的平行线,并保证与本船的安全区圆相切,以确保本船恢复航向后来船仍在本船安全区以外通过。该切线与从P点所作的切线交于Q点,则当来船到达Q点时本船即可恢复原航向。1
7、.3避碰几何作图决策存在的问题(1)何时采取避碰行动。通过几何避碰决策的作图过程可以看出,当本船与来船存在碰撞危险时,何时采取避碰行动,取决于作图决策者,是主观决定的。当然决策者要根据两船所处的会遇局面和两船的运动要素,以及《国际海上避碰规则》所规定的原则来决定何时采取避让行动,但无论如何这是一个非常模糊的决策。(2)避让行动是否优化。从作图过程可以看到,从采取避让行动开始,到本船恢复原航向时间的确定,均没有考虑优化问题。其一,只考虑了安全问题,即保证来船从本船的安全区以外通过,而没有考虑本船在最短的时间内完成避让操纵;其二,只考虑了何时本船可以恢复原航
8、向,而没有考虑何时回到原来的航线上。然而在航运实践中一定要既考虑安全,又考虑经济
