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计算机仿真在开阔水域船舶避碰路径优化中的应用

作　者: 田野
导　师: 王当利
学　校: 武汉理工大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 计算机仿真 船舶避碰 决策系统 航路优化
分类号: U675.96
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
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内容摘要


航行中的船舶经常会出现与它船会遇的情况,船舶间一旦发生碰撞,不但给国家财产和人民生命造成巨大损失,而且还会在政治上带来不良影响。多年来,船舶间避碰决策的制定主要依赖于航海驾驶人员的主观判断,而避碰决策制定的正确与否又很大程度上取决于人的个性和心理状态。因此,避碰决策系统的研究完善就显得尤为重要。在几年来的学习和本论文的撰写期间,作者一直在跟踪、分析研究国内外在船舶避碰方面的最新成果,并在此基础上开展建立新的船舶避碰决策数学模型方面的探索。本文对开阔水域船舶避碰及路径优化的编程实现,及其在计算机上的仿真进行了深入地研究。建立了判定碰撞危险、会遇局面、避让责任和避让行动等的数学模型。同时,还运用数据结构相关知识,对船舶在避碰的前提下实现路径优化问题进行了有益探索。最后编写了仿真程序检验用以所建立数学模型的合理性和有效,以及论文中各种结论的正确性。本文将《1972年国际海上避碰规则》中的互见下开阔水域机动船之间避碰相关条款以编程的形式进行了仿真;在数学模型的建立上使用了半圆周法求两船航向交角及半圆周舷角变量的方法来对会遇局面进行判定。简单实用。本文对于不同航路优化方法的数学模型进行了探讨。并建立了求取最优路径的数学模型,目前国内对该数学模型的研究成果还不多,具有一定的实践意义。作者开发了船舶避碰决策及求取最优航线的计算机仿真系统,能够为船舶安全航行提供有力的决策支持。该系统主要模拟操船者在发现来船之后判断是否存在碰撞危险,处于何种会遇局面、本船是否为义务船等过程。在文章的最后,作者还使用了数个应用实例检验了所建立各种数学模型和系统功能的合理性、有效性和正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题的提出  10-11
  1.2 研究现状  11-12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
第2章 船舶避碰基本原理  14-23
  2.1 船舶避碰领域基本知识  14-21
    2.1.1 船舶避碰过程  14-15
    2.1.2 碰撞危险  15-16
    2.1.3 安全会遇距离  16
    2.1.4 会遇局面  16-17
    2.1.5 避让责任  17-18
    2.1.6 避碰决策  18-21
  2.2 碰撞事故原因及防止对策  21-23
第3章 避碰规则的编程研究  23-33
  3.1 建立避碰知识库  23-25
    3.1.1 知识库的知识来源  23
    3.1.2 本文讨论的知识范围  23-25
  3.2 初始条件及船舶一般运动的计算机仿真  25-26
    3.2.1 船舶对地航程和航速  25
    3.2.2 根据船位坐标和时间间隔求船舶对地航向  25-26
  3.3 避碰规则的编程实现  26-33
    3.3.1 碰撞危险的判定  27-29
    3.3.2 会遇局面的判定  29-30
    3.3.3 避让责任的判定  30-33
第4章 避碰中的船舶航行最优路径算法  33-48
  4.1 船舶避碰过程中常见的最优路径算法  33-40
    4.1.1 小角度转向法  33-35
    4.1.2 转向结点法  35-40
  4.2 论文中涉及的数据结构知识  40-44
    4.2.1 树的定义  40-41
    4.2.2 二叉树  41-44
    4.2.3 多叉树的遍历  44
  4.3 运用树的遍历考察船舶航行有效路径  44-48
第5章 系统的计算机设计实现  48-75
  5.1 开发环境  48-49
    5.1.1 操作系统  48
    5.1.2 数据库管理系统  48-49
    5.1.3 开发工具  49
  5.2 系统组成  49-51
    5.2.1 功能分析  49-50
    5.2.2 系统设计  50-51
  5.3 用户界面  51-55
    5.3.1 用户输入  51-54
    5.3.2 系统输出  54-55
  5.4 数据库设计  55-60
    5.4.1 数据库的建立  55-56
    5.4.2 数据库表的设计  56-58
    5.4.3 数据库与程序的关联  58-60
  5.5 关键算法的代码实现  60-70
    5.5.1 判定碰撞危险  60-61
    5.5.2 判定会遇局面及避让责任  61-64
    5.5.3 确定避让行动  64-69
    5.5.4 避碰结果的动画模拟  69-70
  5.6 避碰决策系统应用实例  70-75
    5.6.1 实例一  71-72
    5.6.2 实例二  72-74
    5.6.3 小结  74-75
第6章 结论与展望  75-76
  6.1 结论  75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-78
致谢  78-79
攻读学位期间公开发表的论文  79

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶驾驶、航海学 > 船舶操纵技术 > 船舶避让操作
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