[发明专利]一种近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法

说明书

本发明提供一种近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法，包括以下步骤：选取标准3自由度分离型船舶运动模型即MMG模型获取非仿射纯反馈形式的船舶操纵运动控制系统；通过后推控制方法对所述船舶操纵运动控制系统生成自适应控制算法模型；结合MMG模型的特点提出船舶避碰要素动态计算数学模型，构建近距离会遇时船舶避碰动态辅助模型。本发明通过将船舶操纵运动数学模型、控制算法、以及避碰要素动态数学模型相结合，提出一种充分考虑船舶运动特性的近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法。选取具有较高精度的3自由度分离型船舶运动模型描述避碰过程中船舶操纵运动特性。本发明可为未来智能化和无人化船舶实现自主避碰提供有效、可行的避碰行动建议和方案。

技术领域

本发明涉及交通运输的技术领域，具体而言，尤其涉及一种近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法。

背景技术

一般来说，船舶避碰可以分为四个阶段，即自由行动阶段、碰撞危险阶段、紧迫局面阶段和紧迫危险阶段。通常认为，前两个阶段船舶距离较远，为远距离船舶避碰问题；后两个阶段船舶距离较近，为近距离船舶避碰问题。值得注意的是，多年来国内外学者相继在船舶避碰辅助决策模型及系统方面进行了卓有成效的研究，但是绝大多数的避碰研究工作都集中于解决远距离船舶避碰问题。当远距离船舶避碰时，通常假设船舶在距离较远时开始避碰行动，在避碰过程中可忽略船舶操纵性的影响，将船舶运动看作质点运动，据此建立的避碰模型被称为传统避碰几何模型。

然而，当近距离船舶避碰时船舶操纵性都是影响避碰行动效果的重要因素，不能被轻易忽略。近年来，有研究利用初级船舶操纵避碰动态仿真模型开展了两船的三种会遇态势仿真，结果表明了在近距离避碰过程中考虑船舶操纵性的必要性和重要性。然而，该研究采用了较为简单的响应型船舶操纵运动数学模型和比例-积分-微分控制算法，并且避碰要素数学模型适用范围较小，同时存在船舶操纵运动控制效果不理想，避碰轨迹精度较低，以及适用情况受限等不足。。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法。本发明主要利用一种近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：选取具有标准3自由度分离型船舶运动模型(即MMG模型)，通过所述MMG模型描述避碰过程中船舶操纵运动特性，并所述将MMG模型等价变换，得到获取非仿射纯反馈形式的船舶操纵运动控制系统；

步骤S2：通过后推控制方法针对所述船舶操纵运动控制系统，利用后推控制设计方法，并结合隐函数定理、中值定理、神经网络、以及动态面控制技术，设计了一种结构简单、效果良好的直接生成自适应控制算法模型；

步骤S3：结合MMG模型的特点，提出准确适用的船舶避碰要素动态计算数学模型，并将船舶操纵运动数学模型、控制算法、以及避碰要素动态数学模型结合，构建近距离会遇时船舶避碰动态辅助模型。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过将船舶操纵运动数学模型、控制算法、以及避碰要素动态数学模型相结合，提出一种充分考虑船舶运动特性的近距离会遇时船舶避碰动态辅助方法。选取具有较高精度的3自由度分离型船舶运动模型(MMG模型)描述避碰过程中船舶操纵运动特性。随后，将MMG模型等价变换得到非仿射纯反馈形式的船舶操纵运动控制系统，利用后推控制设计方法，并结合隐函数定理、中值定理、神经网络、动态面控制技术，设计了一种结构简单、效果良好的直接自适应控制算法。同时基于MMG模型特点，构建了准确适用的船舶避碰要素动态计算数学模型。该方法充分考虑了近距离避碰时船舶操纵性的影响，既可在当前和今后一段时期为船舶驾驶员和岸上船舶交通管理系统值班员，也可为未来智能化和无人化船舶实现自主避碰提供有效、可行的避碰行动建议和方案。

附图说明