目的

由于水上航运密度越来越大、航道越来越复杂，船舶避碰的智能化研究逐渐受到了水上交通 安全研究领域的重点关注，对航运安全具有重要意义。在分析总结国内外基于专家系统、模糊控制、 神经网络以及人工势场这４种重要的智能避碰系统研究成果的基础上，从避碰模型和避碰信息２个方面探讨了船舶智能避碰面临的关键问题，阐述了动态描述的避碰模型和基于权重的避碰信息划分 方式，最后对船舶智能避碰系统的发展趋势进行了展望，分析了立体化船舶领域和避碰模型在线辨识等研究趋势。

国内外航运事故

船舶是旅客和货物运输的重要手段，船舶每年的货物运输量占世界货运量的80%以上。随着世界经济的高速发展，促使船舶数量、吨位随着航运的发展而急速增长，同时船舶的航行速度加快，船舶的种类也日益多样化。世界航运呈现出船舶大型化、运输专业化的发展趋势。在航运高速发展的同时，水运安全问题也越来越突出。虽然国际海事组织（International MaritimeOrganization, IMO）自1959 年成立以来制定了一系列国际公约和规则，但事故件数呈逐年上升势头。据统计分析，1968 年至1997 年（截止到10 月份）的54 起万吨以上油轮特大溢油事故中，前10 年占15 起，中间10 年占13起，后10 年占26 起，后十年事故明显上升；1960 年至1995 年不同船型的1720 起溢油事故中，20 世纪60 年代是101 起，70 年代是541 起，80 年代是656 起，90 年代前5 年342 起。这些事故共造成了626.67 万吨油污染海洋。在船舶事故不断上升的同时，一些重特大海上事故更是了引起国际社会的广泛关注。如1987 年3 月6 日，“自由企业先锋”（HERALD OF FREEENTERPRICE）号滚装渡轮在船舱门未关的情况下出港航行，仅4 分钟即翻沉，整个倾覆过程只有90 秒的时间，造成184 人死亡。1994 年9 月8 日，大型客轮“爱沙尼亚”号因为一个舱门没有关紧导致海水流入船体，船上包括800 名乘客在内的964 人丧生，成为欧洲近80 年来最大的海难事故。1994 年至1999 年，我国船舶的重大事故、大事故逐年上升。

近年来，随着水上交通运输的发展，航运船舶 的数量急剧增加，航行密度日益增大，船队规模扩 大。此外，特别是在内河领域，航道水位 变 化 多， 跨江桥梁不断增加，桥区建筑参差不齐。这对整 个在航区船舶安全操控带来了难度。如果在航区 发生船舶碰撞事故，事故区域附近的船舶航行都 会受到影响，而且碰撞引起的泄露事故会对水域 造成大面积污染。因此，有效降低船舶发生碰撞 船舶智能避碰研究综述及展望———谢 朔 初秀民 柳晨光 吴 青 [1] 的危险性是当前航运安全领域面临的一项重大挑 战。开展船舶避碰系统的研究，对于船舶航行安 全具有重要意义。随着船载设备航行信息获取 智能化、信息多元化以及船舶操纵系统自动化的 发展，面向船舶的操纵性能以及操纵者的思维过 程，结合控制论、信息论、决策论等理论综合研究 智能综合避碰系统已成为船舶智能避碰研究的趋 势。 笔者首先对船舶智能避碰系统进行了介绍； 其次对国内外常用的船舶智能避碰方法和技术进 行了描述，并总结了各自的特点；然后分析了船舶 智能避碰面临的关键问题；最后对船舶智能避碰 系统未来发展进行了展望。

国内外避碰系统研究现状

对于船舶安全距离的研究早在 2001 年，我国学者毕修颖[15]就对船舶安全最小会遇距离运用模糊神经网络进行界定，随后吴兆麟[16]、李丽娜[17]也进行了这方面研究，考虑船舶操纵性，使得模型更加精确也较符合实际。但避险研究在 2007 年才出现，集美大学杨神化教授[18]提出一种矩形框检索模型，长度按照停车冲程和倒车冲程来计算，宽度考虑船舶岸壁效应以及浅水效应，在矩形框内检索到小于动态设定水深时就会按照算法进行避让，王兴华[19]在杨神化基础上对矩形框长度进行了优化，考虑了船舶改向的新航向距离，其矩形框长度和宽度是针对一般水域，对于港口水域等特殊水域需要进一步优化完善。上海海事大学龚安祥[20]提出了一种新的SAGA 搁浅预警模型，比较符合实际，但在预警区域界定方面，长度依靠时间来衡量，时间需要人为设定，具有一定主观性；在安全水深获取方面，潮高的获取精度还有待提高。Chen Shuo[21]提出一种用于汽车的扇形弧区安全区域，由于汽车在操纵性方面优于船舶，所界定区域针对船舶来讲考虑因素不足。孙苗[22]提出一种避浅安全距离为 L，操纵余地为 4L 的圆形区域，从船舶自身角度来讲，不规则浅滩礁石边界的界定对后续的决策有着密切的关联。随后在船舶预警方法方面也进行研究，杨鑫[23]提出用模糊原理方法对搁浅进行预警，通过建立评判矩阵来判断危险度，但是在这篇文章中，测试认为船舶是动点，没有考虑船舶操纵性以及安全间距。张文娟[24]提出一种利用航迹预测来预警，首先考虑的是 AIS 信息同步问题，预警的准确性有赖于传送 AIS 信息精确度的提高。曹玉墀[25]提出利用 ECDIS 自身内置设备，通过设置内部参数来达到预警目的，参数人为设定，依赖于驾驶员或者值班人员的经验。杜训柏[26]对内河船舶的搁浅风险概率进行了研究，邱志雄[27]对直航道和弯曲航道搁浅危险进行了研究，通过与航道边界和航道中线的距离利用模糊原理建立评判函数判断危险，未实际检验模型合理性，同时在针对开阔水域和港口水域的模型数值依靠先人经验。大连海事大学蔡诚君[28]通过获取的 AIS 信息，利用和密度算法，仿照电场理论构建船舶安全场，采用“曲线拟合”和“模型分析”方法构建了船舶碰撞危险度模型。

综上所述，目前对航行过程中搁浅触礁等危险的避让主要是利用海图检索方式，构建海图检索区域模型，判断存在危险时，船舶采取措施进行避让。对于港口水域需要针对其航行环境的特殊性，模型及算法需要进行进一步的完善和优化。

2. 研究的基本内容与方案

目标

根据船舶的速度以及某一区域内所有船舶的距离为依据，调整每条船舶的行驶路径，以达到避碰效果。