基于AIS的遙控艇避碰決策算法

史萬莉

基于AIS的遙控艇避碰決策算法

史萬莉

（中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一○研究所）

遙控艇和遙控母船通信中斷后，基于安全策略，遙控艇自動(dòng)向母船靠近。為避免靠近過程中遙控艇碰撞周圍其他船舶，設(shè)計(jì)基于AIS的遙控艇避碰決策算法，并對(duì)遙控艇左舷、右舷和正前方交叉相遇3種情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明：該算法具有較好的避碰效果，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

AIS；遙控艇；避碰決策算法

0　引言

船舶避碰決策是現(xiàn)代航海領(lǐng)域技術(shù)中重要的研究課題，它在預(yù)防船舶碰撞事故發(fā)生、保證船舶安全航行等方面發(fā)揮十分重要的作用[1-2]。但其無法從根本上避免船舶間的不協(xié)調(diào)行動(dòng)，主要原因是會(huì)遇船舶間缺乏動(dòng)態(tài)信息交流（經(jīng)緯度、航速和航向等）。船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（shipborne automatic identification system, AIS）通信設(shè)備可以解決上述問題。

本文設(shè)計(jì)的基于AIS的遙控艇避碰決策算法，在遙控艇和遙控母船通信中斷后，遙控艇啟動(dòng)應(yīng)急處理機(jī)制，自動(dòng)避碰其他會(huì)遇船舶并向遙控母船靠近。

1　系統(tǒng)相關(guān)理論

1.1　遙控艇運(yùn)動(dòng)模型

遙控艇和其他船舶的速度在，軸上的分量為

其他船舶相對(duì)速度在，軸上分量可表示為

遙控艇與其他船舶的最近會(huì)遇距離[4]（distance of close point of approaching, DCPA）為

1.2　兩船安全會(huì)遇距離模型

在避碰決策過程中，系統(tǒng)根據(jù)遙控艇AIS提供的信息實(shí)時(shí)計(jì)算兩船的安全會(huì)遇距離。當(dāng)時(shí)，遙控艇避碰決策系統(tǒng)無需避碰操作，只對(duì)目標(biāo)來船進(jìn)行監(jiān)測(cè)；當(dāng)時(shí)，遙控艇避碰決策系統(tǒng)進(jìn)行避碰操作。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遙控艇避碰決策算法的流程如圖1所示。

圖1　遙控艇避碰決策系統(tǒng)的推理流程圖

1）計(jì)算監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)各船舶的主要相關(guān)參數(shù)

AIS為遙控艇提供監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)船舶的航向、航速、經(jīng)緯度和DCPA等信息。遙控艇避碰決策算法計(jì)算參數(shù)，并在避碰決策模塊統(tǒng)一顯示，為遙控艇緊急撤離自動(dòng)避碰操作時(shí)提供決策。

2）建立搜索區(qū)域

3）判定避碰操作

3　系統(tǒng)仿真演示

遙控艇會(huì)遇可分為對(duì)遇、交叉相遇和追越3種情況，其中追越和對(duì)遇本質(zhì)相同，本文僅對(duì)相遇進(jìn)行仿真分析。

本文以Visual Studio 2005作為開發(fā)平臺(tái)對(duì)基于AIS的遙控艇避碰決策算法進(jìn)行仿真，演示遙控艇和目標(biāo)船左舷交叉相遇、右舷交叉相遇、正前方交叉相遇3種情形。

1）遙控艇左弦避碰目標(biāo)船

圖2　左舷交叉相遇，遙控艇避碰決策系統(tǒng)演示圖

2）遙控艇右舷避碰目標(biāo)船

設(shè)目標(biāo)船航速12 kn，航向45°，東經(jīng)120°33.00′，北緯30°13.00′；遙控艇航速6 kn，航向0°，東經(jīng)120°30.00′，北緯30°13.00′，系統(tǒng)仿真演示如圖3所示?；贏IS的遙控艇避碰決策算法判定遙控艇和目標(biāo)船構(gòu)成右舷交叉相遇。根據(jù)AIS提供的信息計(jì)算S為1.07 nmile，遙控艇依據(jù)避碰決策系統(tǒng)左舵10°，轉(zhuǎn)向后兩船的為1.1661 nmile，大于S=1.07 nmile，遙控艇成功避開目標(biāo)來船的碰撞。

圖3　右舷交叉相遇，遙控艇避碰決策系統(tǒng)演示圖

3）遙控艇正前方避碰目標(biāo)船

設(shè)目標(biāo)船航速12 kn，航向0°，東經(jīng)120°30.00′，北緯30°13.00′；遙控艇航速6 kn，航向0°，東經(jīng)120°30.00′，北緯30°13.00′，系統(tǒng)仿真演示如圖4所示?；贏IS的遙控艇避碰決策算法判定遙控艇和目標(biāo)船構(gòu)成正前方交叉相遇，根據(jù)AIS提供的信息計(jì)算S為1.07 nmile，遙控艇依據(jù)避碰決策系統(tǒng)右舵10°，轉(zhuǎn)向后兩船為1.1661 nmile，大于S=1.07 nmile，遙控艇成功避開目標(biāo)來船的碰撞。

圖4　正前方交叉相遇，遙控艇避碰決策系統(tǒng)演示圖

4　結(jié)語

本文通過對(duì)遙控艇運(yùn)動(dòng)模型、兩船安全會(huì)遇距離模型以及遙控艇有關(guān)避碰參數(shù)計(jì)算方法的研究，并以AIS作為主要的避碰信息源，設(shè)計(jì)遙控艇避碰決策算法。對(duì)目標(biāo)來船與遙控艇會(huì)遇的3種情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明，該算法具有較好的避碰效果，可為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

[1] 朱金發(fā),孫文力,湯華.船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 王平利.船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2007.

[3] 劉科.基于船舶避碰的專家系統(tǒng)的研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇科技大學(xué),2008.

[4] 趙月林,劉野，謝洪彬.船舶值班與避碰[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5] 趙勁松,王逢辰.船舶避碰學(xué)原理[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1999.

Decision Algorithm of Collision Avoidance for Remote Control Boat Based on AIS

Shi Wanli

(No.710 R&D Institute, CSIC)

After the communication between the remote control boat and the remote control mother ship is interrupted, based on some kind of security, the remote control boat will automatically approach the mother ship .In the process of approaching, how will the remote control boat avoid collision with other ships around. In this paper, a remote control boat collision avoidance decision algorithm based on AIS is designed, the computer simulation of the left chord, right chord and forward cross encounter of the remote control boat is carried out, simulation results show that the algorithm has a good effect of collision avoidance, and provides a reference for the subsequent research on relevant aspects.

AIS; Remote Control Boat; Collision Avoidance Decision Algorithm

史萬莉，女，1983年生，碩士研究生，工程師，主要研究方向：信號(hào)與信息處理，E-mail:15271538135@139.com