多船会遇局面仿真与碰撞风险动态计算研究文献综述
2020-04-15 18:09:09
大量的海事研究数据表明,绝大多数的海上船舶碰撞事故都是由于人的操作失误而造成的,尤其是在多船会遇的情况下,船舶操纵者的责任十分重大,若不小心做出错误的判断和操作,很有可能将会导致碰撞事故的发生。影响多船避碰决策的因素众多,并且它们之间往往相互影响和制约。因此,分析多船的会遇局面以及避碰的机理,充分考虑影响避碰的各个因素,对其碰撞风险进行动态计算显得尤为必要。船舶碰撞,不但损坏船体,危及货物,甚至造成船毁人亡,严重污染海洋。究其原因,不难发现绝大多数碰撞事故都是由于航海者的疏忽、过失以及严重违反国际海上避碰规则所致。由此可见,减少人为失误是减少船舶碰撞和提高船舶航行安全的关键环节。因此船舶避碰决策是21世纪航海技术的重要研究课题。
西方各国从事航海事业的历史比较悠久,国际上现行的一些技术和公约都是他们制定的,在船舶避碰领域他们的研究也比较深入,并取得了许多成果。最开始是英国的 University of Liverpool(利物浦大学)和日本的 Tokyo University of Marine Science and Technology(东京海洋大学,原东京商船大学)首度将人工智能中的专家系统引入到船舶自动避碰领域,并成功装备上船。而后美国、德国、荷兰等国也相继开发出各具特色的船舶自动避碰系统。
近年来国外有韩国的 Jin-Hyeong Ahn 等基于神经网络和模糊集理论,应用模糊神经算法建立了船舶避碰专系统 ,Lokukaluge P. Perera 等建立了船舶交通监控信息系统,土耳其的 Ugur Simsir 等学者基于神经网络建立了避碰决策支持系统,能够预测船舶三分钟后的位置,从而判断是否有碰撞危险,结合 VTS 进行播报预防船舶碰撞。
而我国由于自明初之后的封建时期航海事业几乎没有得到发展,建国之后的一段时间内又由于航海实力薄弱,受到先进国家的技术封锁,船舶避碰领域的研究水平与世界先进水平存在着一定的差距。但自改革开放以后,我国大力发展科学研究,许多学者在避碰领域也有一定的研究成果。哈尔滨工程大学、大连海事大学、上海海运大学、武汉理工大学、海军广州舰艇学院、集美大学等国内具备船舶研究能力的大学在学习世界先进避碰理论的同时提出了有我国特色的研究成果,并取得了斐然的科研成果。
海军的广州舰艇学院开发出我国第一套船舶避碰系统,该系统将两船的会遇态势总结划分为:正面相遇、右向交叉、左向交叉、从左船舷追越、从右船舷追越和两船追逐等六类态势。该系统采用的避碰方法包括:定速定向、右转向避让、右转向避让同时减速、左转向避让、左转向避让同时减速、调整船速和紧迫行动等七类。该避碰系统选取了:两船会遇距离 DCPA、两船会遇时间 TCPA、两船位置和两船距离等四类参数,通过计算得出船舶的碰撞危险系数,同时由碰撞危险系数确定避碰决策、方法和执行。
集美大学的李丽娜教授带领的研发团队在船舶避碰领域提出了船舶拟人智能避碰决策(Personifying Intelligent Decision~making for Vessel Collision Avoidance,简称PIDVCA)理论,并且由该理论研制开发了船用智能避碰导航仪(简称 VICAN)。这套系统底层资料来源于《国际海上避碰规则》、《船舶操纵与避碰》、船舶驾驶员的实践经验知识(来自驾驶员问卷调查等咨询方式),采用人工智能的数据处理方式实现专家经验知识的定性分析。同时这套系统还利用船载的各类传感器对现场环境进行感知以获取环境信息,这些信息同样通过人工智能的数据处理方式完成分析、推理、评价的定量计算。该系统已基本具备同时避让 2~4 个危险目标船的避让效果。
通过查阅网上相关资料我发现,在国际海上避碰规则中多次出现“碰撞危险”(第五、八十二、十四、十五、十九条),但规则没有给出碰撞危险明确的概念。总结来看,规则意义上的碰撞危险包括以下三个方面:
第一,如果保向保速航行,两船就会同时处于同一地点或接近同一地点,即两船处于DCPA较小的航向上;
第二,两船接近到一定程度;
第三,两船的行动具有不协调的可能性。