船舶避碰智能決策自動化研究

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1、船舶避碰智能決策自動化研究本文由stwyvern貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。[收稿日期]2005-09-28[基金項目]福建省自然科學(xué)基金資助項目(A0410023)[作者簡介]李麗娜(1962-),女,教授,從事航海自動化技術(shù)研究.[文章編號]1007-7405(2006)02-0188-05·綜述·船舶避碰智能決策自動化研究李麗娜,楊神化,曹寶根,李子富(集美大學(xué)航海學(xué)院,福建廈門361021)[摘要]簡要論述了實現(xiàn)船舶自動避碰的意義

2、、自動避碰的基本過程及其研究內(nèi)容,重點分析了國內(nèi)外船舶避碰智能決策自動化的研究現(xiàn)狀和動向、存在的主要問題與對策,指出了船舶避碰智能決策自動化尚待研究的課題.[關(guān)鍵詞]船舶避碰;智能決策;碰撞危險度;模糊數(shù)學(xué);專家系統(tǒng);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[中圖分類號]U666·12+4[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A0引言隨著航運業(yè)的發(fā)展,船舶正朝著大型化、專業(yè)化、快速化方向發(fā)展,海上交通環(huán)境因此日趨復(fù)雜,船舶航行密度越來越大,航道與港口水域變得相對狹窄,使得船舶操縱問題越來越突出,船舶碰撞、擱淺觸礁事故時有發(fā)生.據(jù)統(tǒng)計,每年失事的船舶約2

3、00艘,總噸位數(shù)為120萬,t占世界船隊的0·4%左右,這相當(dāng)于每15d失事一艘5萬t級的船舶.事實說明,在船舶避碰輔助設(shè)備十分普及的今天,船舶碰撞、擱淺和觸礁事故仍屢屢發(fā)生.這些事故的發(fā)生,不僅造成了重大的人員傷亡、巨額財產(chǎn)損失,而且對海洋環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的威脅.在碰撞的事故原因調(diào)查中,有80%以上是由于人為因素造成的.解決人為因素問題可以通過兩個途徑:一是加強船員的技術(shù)培訓(xùn)及管理,提高船員的素質(zhì)及責(zé)任感;二是提高船舶的自動化程度,逐步實現(xiàn)航海自動化.由于航海是一種艱苦的職業(yè),其特殊的工作條件和環(huán)境

4、,使得船員的流動性較大.隨著經(jīng)濟的發(fā)展,船員不可能長期從事航海這個職業(yè)已成事實,這樣必然導(dǎo)致船員海齡不高、駕駛員經(jīng)驗不足以及技術(shù)不嫻熟等問題.綜上分析,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,從技術(shù)上提高船舶的自動化程度,在決策和操作上減少人的參與,減輕駕駛員的負(fù)擔(dān),逐步實現(xiàn)船舶避碰的自動化,這才是解決人為因素問題的根本辦法.因此,船舶避碰自動化的研究對船舶安全很有實際意義,“1996年國際海上避碰會議”就曾提出,船舶自動避碰是今后10年乃至20年航海技術(shù)的主攻方向.1船舶自動避碰的基本過程為了區(qū)別船舶間的碰撞和

5、船舶擱淺觸礁問題,以往人們通常把避免船舶間碰撞的系統(tǒng)稱為避碰系統(tǒng),把避免擱淺觸礁的系統(tǒng)稱為避礁系統(tǒng).實際上避碰和避礁是不可分割的統(tǒng)一體,兩個問題必須兼顧才能確保船舶的安全航行,因此這里所指的船舶避碰的含義是避免船舶碰撞和擱淺觸礁二重意思.第2期李麗娜等:船舶避碰智能決策自動化研究船舶自動避碰的基本過程如圖1所示.嚴(yán)格來講,船舶自動避碰包括水上與水下物標(biāo)信息源的自動采集與處理、避碰信息的處理、危險判斷與最佳決策的自動生成(即避碰智能決策的自動化過程)、決策的自動實施以及自動通報本船的操船意圖等.智能

6、自動舵[1]和主機自動控制系統(tǒng)可以解決避碰決策的自動實施問題;關(guān)于自動通報本船操船意圖問題因原有通信設(shè)備VHF的局限性尚未解決,新興的船舶自動識別系統(tǒng)AIS(AutomaticIdentificationSystem)有可能解決這個問題.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其新動向2·1關(guān)于避碰信息的量化處理關(guān)于避碰信息的量化處理包括目標(biāo)船運動要素和安全判據(jù)的量化、船舶碰撞危險度的評價方法,如運用模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立船舶碰撞危險度、船舶碰撞空間危險度和時間危險度的模型.文獻(xiàn)[2]將基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊推理

7、用于評價船舶碰撞危險度.結(jié)果表明,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊推理系統(tǒng)既能利用模糊數(shù)學(xué)的模糊語言來表達(dá)人的語言,又能利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功能,學(xué)習(xí)已有的經(jīng)驗,是一種較好的學(xué)習(xí)方法.文獻(xiàn)[3]基于“領(lǐng)域”概念和模糊原理,建立起一個用于確定船舶間碰撞危險度的數(shù)學(xué)模型.這些研究結(jié)果顯示了模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在船舶碰撞危險度的評價方面得到有效應(yīng)用.文獻(xiàn)[4]以《國際海上避碰規(guī)則》(以下簡稱《規(guī)則》)為依據(jù),以船長專家對《規(guī)則》的解釋和駕駛員的實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ),應(yīng)用運動學(xué)原理及平面解析幾何的知識,基于雷達(dá)和AIS提供的信

8、息,導(dǎo)出安全會遇距離的數(shù)學(xué)模型,以此為基礎(chǔ)又導(dǎo)出緊迫局面距離和最晚施舵時機的量化模型.最晚施舵時機不僅反映了目標(biāo)與本船可能發(fā)生碰撞的危險性和緊迫性,而且隱含著本船對危險目標(biāo)所采取的避讓措施的難易程度,文獻(xiàn)[5]船舶避碰智能決策的自動生成正是用它來衡量多船情況下危險目標(biāo)的危險度大小,決定避讓參考目標(biāo).2·2關(guān)于避碰智能決策的自動生成與優(yōu)化2·2·1模糊數(shù)學(xué)方法文獻(xiàn)[6]研究的“船舶避碰的模糊決策”,利用模糊數(shù)學(xué)結(jié)合實際調(diào)查提出了一種避碰決策方法,同時給出了在船舶交叉相遇局面中讓路船的