混合智能系统在船舶自动避碰决策中的应用

为减少或避免由于人为失误导致的船舶碰撞事故,促进船舶航行安全,船舶自动避碰系统的研究正在逐渐深入,其中船舶自动避碰决策算法是关键.综述了模糊神经网络、混合专家系统、软硬计算混合系统、综合性仿人智能系统在该领域的应用,并对相关研究成果进行分类整理、分析不足,指出混合智能应用于船舶自动避碰决策算法中的研究方向.     

船舶避碰系统研究综述

随着水上运输行业的愈加繁荣、船舶密度越来越大、航行情况越来越复杂,水上交通安全形势日渐严峻,由此船舶避碰系统成为了水上交通安全领域研究的重点。通过总结国内外专家关于船舶避碰系统研究成果,并对这些研究成果的特点进行了比较分析,将船舶智能避碰系统划分为船舶领域、船舶碰撞危险度评价、船舶规避决策三个主要组成部分。介绍了这三个组成部分其模型构建的主要流程,阐述了它们的发展历程以及不同专家学者的典型成果,着重探讨了其不同构建方法、特点。叙述了模型的本质特征以及目前存在的主要问题,对船舶领域模型、船舶碰撞危险度评价模型、船舶规避决策模型三个模型的发展趋势进行了展望。     

船舶避碰辅助决策支持系统研究

在海上交通工程最新研究成果的基础上,提出了一种船舶避碰辅助决策支持系统的解算方案,并对决策支持系统的关键问题进行了阐述,包括危险度计算,知识的表示,推理程序的设计等。     

机载避碰信息系统的研究

机载避碰信息系统研究主要是在自由飞的空域环境下，利用自组织时空多址（STD．MA）技术，并结合飞机在空中飞行时所需有关避碰信息，以及目前对这些信息传输所存在的问题。提出建立一套全新的机载避碰信息交换系统的方案，为飞机在避碰中的实时信息交换提供一种可靠的实施方案，进而保证飞行安全。     

太空避碰机制亟待建立

<正>2021年12月3日,中国常驻维也纳联合国和其他国际组织代表团向联合国秘书长致以普通照会,通报美国太空探索技术公司（Space X公司）发射的两颗星链卫星（星链1095和星链2305）于7月1日和10月21日分别接近中国空间站。为避免相撞,中国空间站实施了紧急机动措施。     

船舶自动避碰仿真研究

针对海上交通环境复杂、内河航道易于碰撞的问题,研究可辅助船舶操纵的自动避碰系统.分析了船舶避碰的影响因素、船舶受力对船舶航行的影响,并对人工势场法进行改进,优化了船舶行驶路径.基于改进的人工势场法设计船舶路径规划流程,以长江水域为例进行弯曲航道的模拟.结果表明,采用人工势场法可以辅助船舶自动航行,在安全的情况下获得较短的避障路径.通过增加转向点可以减小人工势场法局部极小点的发生概率.     

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上让路船的让路时机和转向幅度，这一方法对于进行避碰研究，帮助海员进行避碰决策，避免船舶碰撞具有一定的意义。     

驾驶员避碰行为的统计研究

采用问询调查的方式，统计分析驾驶员的避碰行为，取得了一些可供参考的有价值的数据。     

卸载平台的避碰响应过程

建立了靠泊船舶、橡胶护舷和卸载平台组成的避碰系统的计算分析模型,利用能量法计算任意时刻的船速、橡胶护舷的反力和吸能以及船舶允许的最大靠泊法向速度.研究结果表明,船舶允许的最大靠泊法向速度与船舶的排水量成反比,并且与橡胶护舷性能和卸载平台的最大承载能力有关.通过改善橡胶护舷的性能和增强卸载平台的最大承载能力,可提高系统的避碰能力.     

船舶最佳转向避碰幅度决策模型

根据国际海上避碰规则及对船员的大量调查。利用模糊统计原理，对规则规定的三种会遇局面及船舶避碰操纵局面进行了划分，根据建立安全度模糊函数和易察觉模糊函数，确定了转向避碰中大幅度量化值。     

全自动避碰系统和溢油雷达

结合船舶避碰系统被动探测和主动探测的优点,改变当前只能通过人工手段进行溢油监视的现状,为海上原油生产增添了一双溢油千里眼。这种监测是以实时、连续和全自动方式运行,以FPSO为原点360°全方位无死角扫描监视区海面,在夜晚或者不良天气条件下都能够持续稳定工作。系统还能对雷达散射截面(RCS)≥0.1m2,物标高度≥0.5m(如小型渔船、舢板等)的小型目标进行持续跟踪、探测,有效地弥补了常规探测手段无法精确发现小型目标的缺陷,能在事故后第一时间找到源头以降低损失,拥有国际领先水平。     

船舶最佳避碰行动时机决策模型

在考虑直航船对让路船采取避碰时机模糊满意度、让路船在各距离及最近会遇距离上采取避碰行动不确定性,直航船可能采取避碰行动以及让路船最季舵点的基础上,建立了确定让路船最佳避碰时机模型,根据对船员避碰行为调查,应用该模型确定了让路船最佳避碰时机。     

船舶避碰智能决策自动化研究

简要论述了实现船舶自动避碰的意义、自动避碰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．     

双臂机器人避碰算法研究与实现

以双臂SCARA机器人为研究对象,采用计算机图形学的方法,得出两机械臂在某一时刻的碰撞检测方法。之后采用C空间法对双臂机器人进行避碰路径规划,得出了双臂机器人避碰算法,并对算法进行了仿真,证明了其正确而性。     

船舶避碰行动领域模型的研究

分析船舶领域和动界的研究现状。在研究船舶碰撞危险度的基础上，建立船舶动态避碰行动领域模型。该模型为船舶自动避碰决策系统提供依据，并能直接指导航海人员的避碰行动。其领域边界随碰撞危险度阈值的不同而变化，对于碰撞危险度为零的船舶，该领域不存在。最后，通过实例说明避碰行动领域模型的应用。     

船舶避碰的自适应模糊专家系统研究

采用自适应模糊系统和神经网络方法,研究了基于模糊联想规则的避碰操纵知识表示,知识获取和自适应学习;建立了基于二值输入输出模糊联想系统的并行模糊推理机制,由此而建立的船舶避碰撞模糊专家系统具有自适应学习能力,能实现实时避碰导航。     

钻锚机器人人机安全避碰方法

为解决快速掘进系统中钻锚机器人无法实时监测辅助人员的运动,导致钻机与辅助人员可能发生非期望碰撞的问题,从钻锚机器人控制系统角度出发,提出一种钻锚机器人人机安全避碰方法。首先,基于深度视觉实时获取人体骨骼点图构建辅助人员球扫掠凸体碰撞检测模型,基于钻锚机器人三维模型构建钻机球扫掠凸体碰撞检测模型,并使用深度视觉传感器与钻机行程及角度传感器获取的数据实时更新辅助人员和钻机的碰撞检测模型;其次,针对钻锚作业中多人多钻机的碰撞检测,使用基于层次包围盒的碰撞检测方法在粗略的碰撞检测阶段实时检测与辅助人员距离最近的钻机及最短距离,当最短距离小于安全阈值时进入精细碰撞检测阶段实时计算辅助人员与该钻机的最短距离;然后,在钻机末端建立基于人工势场的虚拟排斥力,当钻机与辅助人员的最短距离小于安全阈值时,钻机末端产生虚拟排斥力,钻机进行避碰运动;最后,通过钻锚机器人人机安全实验验证了该方法的有效性和安全性。结果表明:在钻锚作业中钻机与辅助人员最近距离为0.10 m,大于发生碰撞的最短距离,所提方法可以确保钻机不与辅助人员发生非期望碰撞。     

船舶避碰动态系统数学模型的研究

利用控制理论的思想，将避让船和被避让船看成是一个动态系统，首次提出船舶避碰动态系统的概念，并在考虑避让船操纵性能的基础上，建立了船舶避碰动态系统的数学模型，从控制论的角度，指出自动避碰决策系统的研究是针对船舶避碰动态系统控制器的综合设计问题，智能控制，专家控制和模糊控制是自动避碰决策和系统研究的方向，本文提出的数学模型是利用计算机仿真研究自动避碰决策系统中上述的控制器的基础。     

船舶对遇避碰决策的研究

利用模糊统计的方法,获得了右舷对右舷对遇情况下随最近会遇距离不同,船舶采取不同避碰行动方式的隶属度函数,计算出了在该种会遇局面下船舶间不协调避碰行动的隶属度函数,并提出了有关船舶避碰行动的建议。     

多移动机器人避障与协作避碰研究

依据李雅普诺夫稳定性分析法,结合移动机器人的运动控制模型和避碰函数,设计了适合每个机器人的控制器.该控制器考虑了多移动机器人的轨迹跟踪与避障避碰.通过仿真实验进行了验证,实验结果表明该控制方法可有效地应用于多移动机器人的避碰和轨迹跟踪.