内河航运在我国交通运输中地位越来越重要,但随着内河船舶数量不断增加,且船舶不断向大型化高速化发展,以及内河环境复杂多变和内河河流弯曲等这些问题给船舶航行安全带来了严峻的考验。人们对内河船舶的安全性要求越来越高,传统的驾驶辅助技术已经不能满足日益复杂的内河交通环境,智能驾驶逐渐成为未来内河船舶的一个发展方向。而当前智能船舶搭载的环境感知系统大多采用昂贵的传感器,高成本使得智能驾驶多用于军事领域以及科研领域,因此选择经济型的传感器,扩大传感器的感知范围在降低智能船舶成本的同时也能促进智能船舶的商用化进展。为了减少和避免船舶碰撞事故的发生,加强船舶避撞决策系统的研究是十分重要的。避撞专家系统的研究标志着船舶避撞系统朝着智能化、信息化方向迈进,同时促进了航海自动化发展并保证了内河航行安全。本文通过对船舶避撞机理进行深入研究,利用基于组合毫米波雷达的内河船舶避撞系统定量研究的结果,建立了一个更合理、更完备的避撞知识库,并通过专家系统的设计实现了一个能实时帮助船舶驾驶员进行避撞决策专家系统。本文设计的内河船舶环境感知方法采用成本相对较低的毫米波雷达,利用前向雷达与侧向雷达之间的数据融合,实现内河船舶周围的全方位环境感知,为内河船舶的决策系统提供障碍物的分布情况。本课题根据内河船舶对环境感知的要求进行了方法设计,包括目标识别、目标跟踪、数据融合与可通行区域选择。首先实现了毫米波雷达的有效目标的识别与有效跟踪;然后通过组合毫米波雷达的空间同步实现多雷达的数据融合,经过多区域目标分析与融合之后,按照目标的分布情况进行可通行区域的选择,实现智能驾驶提供决策依据;最后对该环境感知方法进行了实验验证,分别验证了毫米波雷达的目标识别与跟踪效果、组合毫米波雷达的数据融合效果以及可通行区域的选择效果。经过实验验证,组合毫米波雷达环境感知算法能够实现相应的环境感知功能,该方法可以有效的识别车辆周围的障碍物并进行有效跟踪;经过数据融合后可以实时检测并显示车辆周围要求范围的有效目标;并且可以正确的选取可通行区域。

2. 研究的基本内容与方案

1.通过整理和研究国内外各种专家系统、船舶避撞系统和组合毫米波雷达的内河船舶避撞系统相关资料和文献,找出传统船舶避撞系统中信息获取机构的不足,提出了将毫米波雷达应用到船舶避撞领域的构想。

2.根据船舶碰撞阶段进行划分研究,提出以定量的方式对船舶会遇态势划分理念。通过总结前人对船舶领域的研究,本文提出内河中合适的船舶避撞系统,对船舶碰撞危险进行综合评判。通过建立避撞危险度计算数学模型客观合理地评价了船舶的碰撞危险,可以用于船舶避撞决策系统中。

3.根据专家系统的一般结构模式建立了船舶避撞系统,并对专家系统结构中的重要部件：知识库、动态数据库、推理机进行了设计。同时对系统所采用的知识表示方法与搜索算法进行了研究。

4.对船舶避撞的整个过程进行了全面系统的研究,建立了安全通过距离、紧迫局面和船舶碰撞危险度的数学模型,定量划分了船舶会遇态势和避撞行动局面,并对如何确定船舶避撞行动时机、幅度和复航时机进行了探讨。

5.通过对所提出系统模型及船舶碰撞态势进行分析研究,并分别将船舶碰撞中会遇态势和交叉态势时船舶避撞问题进行仿真实验。

研究成果不仅可为内河船舶安全航行保驾护航,减少因人为失误而造成的船舶碰撞事故,为安全、畅通、快捷的内河航运提供良好的技术保障；而且促进我国内河航运事业的蓬勃发展,推动经济的快速发展。