摘 要

由于经济全球化的发展，海上贸易日趋频繁，海上运输业也随之扩大。而这将导致海上船舶数量增加，碰撞事故也时有发生。人们的生命、财产以及自然环境都受到了不同程度的伤害。而船舶避碰理论的实现，将使海事事故的发生频率大大减小，还会降低船员的劳动量，节省了人力。

本文学习并研究了船舶模型。综合比较几种船舶运动模型的特点，选取了参数较少、原理易懂的KT响应型模型。运用MATLAB仿真工具，编写了船舶运动模型的.m文件。

其次，针对避碰算法进行了学习和研究。根据航向，速度，坐标计算出DCPA（Distance of Closest Point of Approach，最小会遇距离）和TCPA（Time to Closest Point of Approach，到达最近会遇距离的时间）两个主要参数，并实时的计算本船与障碍物的方位和距离，由此来评估碰撞的危险度，进而采取相应的停船、转向等避碰措施。

最终，在MATLAB环境中编写.m文件，经仿真验证，研究成果达到设计要求。

关键字：船舶避碰；KT响应型模型；避碰算法；MATLAB仿真平台

Abstract

Due to the development of economic globalization, maritime trade is becoming more and more frequent. Maritime transport industry also expanded. Which will lead to an increase in the number of ships at sea, collision accidents have occurred. People's lives, property and the natural environment are subject to varying degrees of injury. The realization of the ship collision avoidance theory, will greatly reduce the frequency of maritime accidents, but also reduce the crew of the amount of labor, saving manpower.

This paper studies and studies the ship model. Based on the comparison of several ship motion models, the KT response model with less parameters and easy to understand is selected. Using the MATLAB simulation tool, we prepared the .m file of the ship movement model.

Secondly, we study and study the collision avoidance algorithm. According to the heading, speed, coordinates to calculate the DCPA (Distance of Closest Point of Approach, minimum distance) and TCPA (Time to Closest Point of Approach, to reach the nearest meeting time) two main parameters, and real-time calculation of the ship And the obstacles of the location and distance, which to assess the risk of collision, and then take the appropriate stop, steering and other collision avoidance measures.

Finally, in the MATLAB environment to write. M file, the simulation verification, research results to meet the design requirements.

Key words: ship collision avoidance; KT response model; collision avoidance algorithm; MATLAB simulation platform

目录

摘要 I

Abstract II

第1章　绪论 1

1.1课题研究目的及意义 1

1.2避碰仿真系统的研究现状 1

1.2.1避碰系统的研究现状 1

1.2.2避碰算法的研究现状 2

1.3研究内容 3

1.4本章小结 4

第2章 船舶碰撞危险评估与避碰决策分析 5

2.1船舶碰撞危险评估 5

2.1.1碰撞危险评估的方案选择 5

2.1.2碰撞危险参数计算 8

2.1.3程序实现 12

2.2船舶避碰决策分析 14

2.2.1避碰决策方法分析 14

2.2.2避碰决策方案选择 21

2.3本章小结 23

第3章 仿真系统的设计与实现 24

3.1仿真系统设计 24

3.1.1 常用仿真平台介绍 24

3.1.2 仿真平台选择 25

3.2船舶运动建模 31

3.3仿真实验分析 37

3.3.1船舶运行轨迹显示 37

3.3.2船舶碰撞危险评估实验 40

3.3.3船舶避碰决策仿真实验 46

3.4 本章小结 47

第4章 结论 48

参考文献 49

致谢 50

第１章　绪论

1.1课题研究目的及意义

在经济发展迅速的今天，无论是内河航运、还是海上运输都日趋频繁。这就使得保证航行安全成为了一项重要的任务。因此，来自各国的航海专家和海事专业人员开展了对船舶避碰系统的研究，为船舶安全航行保驾护航。90年代，在智能算法快速发展的基础上，船舶避碰决策研究领域也随之拓展、扩大。模糊控制、神经网络、人工势场等算法也相继被应用至避碰领域。船舶避碰系统也进入了多样化发展阶段。

避碰算法是船舶避碰中的重要内容。避碰决策必须精准高效，最重要的是做到安全可靠。但是考虑到船舶工作的环境，决策会受到风、浪、力等多种因素影响，同时船舶模型的选择也将影响到避碰效果。所以在应用前，需要利用仿真平台对避碰决策研究进行验证，并比较不同决策方法下的船舶避碰效果。例如，是否满足路径最短，用时最少等指标。从而利用仿真为实现实船智能避碰做好基础，提高从理论到实际的可能性。

1.2避碰仿真系统的研究现状

1.2.1避碰系统的研究现状

在二十世纪中叶，西方的一些航运发达的国家首先对避碰规则进行了研究。在避碰平台发展方面，以日本东京商船大学和英国利物浦工业大学为代表的研究者尝试用避碰系统来进行避碰自动化的研究^[1]。在此基础上，德美等国家陆续研制出自己的系统。我国是在70年代利用经典数学工具进行了船舶避碰系统的研究。并随着航运业的发展，在90年代取得了一定的研究成果。较为代表性的研究成果如下：

1）练习船“汐路丸”上的系统^[2]