船舶避碰决策仿真平台的研究与应用-硕士论文

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1、分类号密级uDC单位代码大连海事大学硕士学位论文船舶避碰决策仿真平台的研究与应用指导教师职称副教授学位授予单位申请学位类别论文完成H期大连海事大学工学硕士学科（专业）控制科学与工程年月答辩H期答辩委员会主席摘要随着科技的进步，全球贸易的发展飞快，海上的贸易往来H益频繁，港口、航道及附近区域的船舶航行数量和频度极度的增加，带来的是海上交通事故尤其是船舶碰撞事故的不断发生。一方面，船舶碰撞事故不仅会直接造成巨大的经济损失，还会威胁人们的生命安全；另一方面，由于船舶碰撞引起的原油泄漏还会引起水体污染，破坏人类赖以生存的环境

2、，更是金钱无法衡量的。从碰撞事故发生的原因来看，人为因素高达80%o因此，研究并设计一款可以帮助人们规划避碰方案的软件，以解决由于人为失误造成的船舶碰撞是很有必要的。木设计即是针对于此问题开展的研究。首先，对船舶运动数学模型进行了研究，选取考虑了风浪流影响的具有三自由度的船舶运动数学模型，使用四阶龙格库塔方法离散化，并进行计算机仿真。然后，对船舶避碰系统进行了研究。首先以两船的航向、航速、位置信息为主要参数计算船舶避碰参数如Dcpa、Tcpa等,再分别建立Tcpa>R丁、0T>K（木船与他船的速度比）的隶属度函数，采

3、用加权法计算碰撞危险度C7"的值。然后综合考虑国际海上避碰规则归纳总结船舶的避让责任与避碰方案。最后，通过穷举法、牛顿迭代法、比例控制三种方法分别求取船舶避让转向角进行对比，同时提出了转向角求取方法优劣的评价指标。最后，在VS2010开发环境下创建船舶避碰决策仿真平台。为方便后续开发，实现了模块接口化，以框架模块为中心，其他模块成星型结构，模块间的信息数据通过框架进行交换。仿真平台界面色彩丰富友好，操作符合用户日常使用习惯。船舶避碰决策仿真平台具有验证船舶控制算法尤其是避碰算法的功能，为控制算法的稳定提供保障，对船舶

4、自动舵的研究提供一定的理论基础，因此对仿真平台的研究具有一定的理论意义与应用价值。关键词：船舶避碰；仿真平台；船舶运动数学模型；碰撞危险度；避碰决策ABSTRACTAlongwiththeprogressofscienceandtechnology,globaltradeisdevelopedquickly,andmaritimetradeisbecomingmoreandmorefrequent.Meanwhile,thenumberofshipsinthevicinityofportsandwaterwaysin

5、creasesextremely,whichgivesrisetomoreandmoremaritimetrafficaccidentsespeciallytheshipcollisionaccidents-Ononehand,hugeeconomiclossescanbecauseddirectlyandpeople'slifemaybethreatenedbyanshipcollisionaccident.0ntheotherhand,thewaterpollutioncanbecausedbyoilspillr

6、esultsfromcollisionofships,whichcandamagetotheenvironment.Fromthepointofthecauseofthecollisionaccidents,humanfactorsareashighas80%.Therefore,akindofsoftwareisdesignedtobenecessary,whichcanhelppeopleplanacollisionavoidanceschemesoastoavoidshipcollisioncausedbyhu

7、manerror.Thisdesignisjustcarriedout,whichbasedonthisproblem.Firstofall,themathematicalmodelofshipmotionisstudied.Amathematicalmodelofshipmotionwiththreedegreesoffreedomisselected,whichconsideringtheeffectsofthewind,waveandflow.Thenthemodelisdiscretizedbythefour

8、thorderRunge-Kuttamethodanditiscarriedoutbyacomputersimulationintheend・Secondly,theshipcollisionavoidancealgorithmisstudied.ShipcollisionavoidanceparameterssuchasDcpa，Tcpaar