摘 要

由于水上交通以及水上运行环境在经济全球化后的迅猛发展，水上交通事故也成为威胁人类人身安全的重要因素，对于海上避碰的研究也日渐紧迫。多船相遇的局面错综复杂，船舶行为难以预测，无法用简单的规则来给出对应的避让措施。因此，本论文研究多船会遇的情形下，船舶避碰决策方法。主要研究内容包括在了解现有船舶避碰决策方法的基础上，选择合适的数学模型，采用现有高效算法工具箱进行求解，对结果进行总结和分析，为船舶提供合理的避碰方案。本文就是在国内外对避碰系统研究的基础上写出的一种新的避碰算法。本文所涉及的避碰算法的研究内容主要包括船舶避碰危险性分析和船舶避碰算法。通过计算多船会遇局面中所有船之间的最近会遇距离即DCPA（distance to closest point of approach），判断发生碰撞危险的紧迫程度，根据《1972国际海上避碰规则中的条例完成避碰，躲避危险。

关键词：多船避碰，避碰算法，最近会遇距离（DCPA）

Abstract

With water transport and water environment in the rapid development of economic globalization after, water traffic accident has become an important factor of threats to human safety, for research for preventing collision at sea are increasingly urgent. The situation of multi-vessel encounter is complicated, and the behavior of ships is difficult to predict. It is impossible to give the corresponding avoidance measures by simple rules. Therefore, this paper studies the decision-making method of ship collision avoidance in the case of multi-vessel encounter. The main research contents included in the understanding of existing ship collision avoidance decision-making method, on the basis of choosing the appropriate mathematical model, USES the existing efficient algorithms are applied to solve the toolbox to summarize the results and analysis, provide reasonable collision avoidance scheme for ship. This paper is a new collision avoidance algorithm based on the research of collision avoidance system at home and abroad. The research contents of collision avoidance algorithms in this paper mainly include ship collision risk analysis and ship collision avoidance algorithms. By calculating ship will meet the situation all the distance between the closest point of approach of the ship in DCPA (short to closest point of approach), determine the urgency of the risk of a collision, according to the regulations of the "international regulations for preventing collisions at sea 1972" complete collision, avoid danger.

Key words: multi-ship collision avoidance, collision avoidance algorithm, recent encounter distance (DCPA)

目录

第一章 绪论 1

1.1避碰背景 1

1.2理论基础 1

1.2.1避碰规则 2

1.2.2小结 4

1.3 国内外事故分析 4

第二章 本文主要研究内容 7

2.1国内外避碰研究现状 7

2.1.1国外发展概况 7

2.1.2国内发展概况 7

2.2研究目的和研究目标 8

2.2.1 研究目的 8

2.2.2研究目标 9

2.3 本文的主要内容及创新点 9

2.4 小结 10

第三章 碰撞危险度的分析 11

3.1碰撞危险的含义 11

3.2判断碰撞危险的方法 11

3.3判断碰撞危险的注意事项 12

3.4碰撞案例分析 12

第四章 船舶避碰算法 14

4.1船舶避碰系统构成 14

图4.1 船舶避碰系统 14

4.2避碰算法 14

4.2.1避碰算法的参数 14

4.2.2避碰算法概述 14

图4.2 避碰算法流程图 15

4.2.3多船避碰算法 16

4.3避碰算法的效果 16

4.4 本章小结 16

第五章 试验结果 18

5.1 初始条件 18

表5.1 初始运行条件 18

5.2 计算过程 18

（1）在当前位置观测目标船到非目标船航线的最近距离分别为： 18

图5.1 船舶在初始状态下的航线图 19

（2）在当前位置观察到T1到其他船的航线的最近距离为： 19

（3）在当前位置观察T2到其他船航线的最近距离距离为： 20

（4）在当前位置观察T3到其他船航线的最短距离为 20

（5）在当前位置观察T4到其他船航线的最短距离为 20

图5.2 改变T1之后的航线图 21

图5.3 目标船T航向角改变2*pi/12的航线图 22

5.3结果分析 22

图5.4 目标船T航向角改变pi/12的航线图 23

第六章 环境影响及经济性分析 24

6.1环境影响 24

6.2 经济性分析 25

第七章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 30

绪论

1.1避碰背景

近年来，随着经济全球化的发展，水上交通运输的迅猛发展已成为必不可挡的趋势，航运在交通运输领域的比重也日渐加重，船舶的数量急剧增加，航行密度日益增大，船队数目大幅度增多。但是人类对于水上尤其是海上状况并不是了解很多，海上环境千变万化，海域范围的宽广导致现在仍有很多未知的海域等待人类的开发，另外，在内河领域， 跨江桥梁的不断增加，各种水上建筑如雨后春笋般层出不穷，都会导致航道水位变化。根据海上交通事故的统计由于船员操作不当甚至决策失误等因素导致的水上交通事故占很大比例，这些复杂的航道环境以及未知的、多变的天气变化都会导致船员操作不当从而引发危险。影响水上交通安全的因素很多，其中也有人类无法解释更无法抵抗的因素，如：百慕大三角海域，它们相互制约、相互影响，每种因素的变化都可能会导致整个航区船舶安全操控难度增加。船舶数目的增多会导致航道增加，错综复杂的航道使得船舶相遇的可能性增加，如果在航道复杂、船舶通行量巨大的航区发生船舶碰撞事故，该航道区域内的船舶航行都会被迫停止前进或者改道航行，这同样会增加另外航道的负荷，扰乱了整个海域的运行秩序。而且碰撞引起的原油泄露会对水域造成大面积污染，沉船的碎片也会阻碍船舶运行。因此，如何更迅速而有效降低船舶碰撞危险性是当前航运安全领域研究的一个重要课题。开展船舶避碰系统的研究，对于水上交通安全具有重要意义^[1]。随着雷达系统等智能化和多元化的船载设备的发展，海上信息采集已经非常简单，面向船舶的操纵性能以及操纵者的思维过程，如何让船舶控制者更加迅速简单的躲避危险，已成为现阶段船舶避碰研究的发展趋势。

尽管从上世纪世界大战、经济开始复苏以后，船舶避碰的研究已有较长的历史，但船舶碰撞事故却依然时有发生。不论是人身安全的威胁还是经济上的损失，乃至海洋环境惨遭污染，船舶碰撞事故造成的影响无疑是巨大的。分析近几年国内外航海事故以及国内外的对船舶避碰课题研究现状，可以确定海上安全存在极大的隐患。尽管船舶碰撞事故近年来已经有所减少，但是它在整个海上船舶交通事故中仍占有很大的比例。因此，避免船舶间发生碰撞，仍然是确保船舶安全航行的重要环节之一，而如何确保船舶之间迅速、有效的避免碰撞是这一环节的重点核心内容。