船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與避碰決策方法研究.pdf

1、水路運(yùn)輸在國(guó)際貿(mào)易中發(fā)揮著重要的作用，而保障船舶在航行和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全是一個(gè)重要的前提條件。船舶碰撞、擱淺等事故往往會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失、人身傷亡和環(huán)境污染。因此，水上交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問(wèn)題受到了人們的廣泛關(guān)注。針對(duì)海灣、海峽、港口航道、繁忙水域等的通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量的研究工作。在水上交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，很多情況下由于數(shù)據(jù)量有限等原因，需要利用專(zhuān)家的主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)作為補(bǔ)充，而如何將主觀(guān)知識(shí)和客觀(guān)數(shù)據(jù)有效融合是研究的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。此外，船舶碰撞

2、是水上交通事故中最為常見(jiàn)的類(lèi)型之一，船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和智能避碰決策問(wèn)題也是水上交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要課題。本文主要針對(duì)以上問(wèn)題開(kāi)展研究，主要的研究工作和研究成果如下:
　　(1)針對(duì)傳統(tǒng)置信規(guī)則推理方法中沒(méi)有對(duì)不同專(zhuān)家的主觀(guān)判斷進(jìn)行區(qū)別對(duì)待的缺陷，提出一種泛化的置信規(guī)則庫(kù)方法（generalized belief rule base，G-BRB），該方法考慮不同專(zhuān)家主觀(guān)知識(shí)的差異，并可以將專(zhuān)家的主觀(guān)判斷和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到最終的評(píng)

3、價(jià)結(jié)果。該方法被進(jìn)一步應(yīng)用到碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，將相關(guān)的指標(biāo)劃分為安全形勢(shì)和應(yīng)急成本投入兩個(gè)部分，其中安全形勢(shì)將事故/險(xiǎn)情數(shù)量、遇險(xiǎn)人數(shù)和死亡/失蹤人數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)急成本投入部分則用海事部門(mén)搜救次數(shù)和社會(huì)力量救助次數(shù)兩個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別利用G-BRB方法進(jìn)行推導(dǎo)，最后將安全形勢(shì)和成本的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步融合，得到最終結(jié)果。與傳統(tǒng)的BRB方法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)得到的結(jié)果比較，并進(jìn)一步進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果顯示，提出的泛化的置信規(guī)則庫(kù)方法具有更高的

4、精度和可靠性。
　　(2)提出一種當(dāng)船舶存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的避碰決策效果定量評(píng)價(jià)模型（時(shí)空評(píng)價(jià)模型），分別從時(shí)間和空間兩個(gè)維度對(duì)避碰決策效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后利用證據(jù)理論對(duì)結(jié)果進(jìn)行融合，在時(shí)間序列內(nèi)以?xún)纱g的距離和最近會(huì)遇距離(distance to closest point of approach，DCPA)兩個(gè)參數(shù)的加權(quán)平均值作為空間增益的量測(cè)，以最近會(huì)遇時(shí)間(time to closest point of approach，T

5、CPA)作為時(shí)間增益的量測(cè)，并利用D-S證據(jù)理論對(duì)時(shí)間和空間增益進(jìn)行融合處理，得到每個(gè)時(shí)刻的決策效果評(píng)價(jià)結(jié)果，最后通過(guò)改變相關(guān)賦值曲線(xiàn)，分析模型的敏感度和可靠性。
　　(3)在國(guó)際海上避碰規(guī)則的基本要求下，研究了兩條船舶在近距離會(huì)遇情況下的避碰時(shí)機(jī)選擇問(wèn)題，研究中考慮了所有存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)的會(huì)遇情況，分別對(duì)在存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)條件下，僅靠讓路船采取措施，以及在緊迫局面下，兩條船舶同時(shí)避讓所需要的最小距離進(jìn)行確定。然后將計(jì)算結(jié)果與常用的參數(shù)，

6、如DCPA、TCPA進(jìn)行比較，結(jié)果表明僅靠DCPA和TCPA來(lái)評(píng)估碰撞風(fēng)險(xiǎn)很可能會(huì)低估避碰難度，而提出的模型得到的結(jié)果可以作為一個(gè)重要補(bǔ)充。最后，利用三個(gè)典型船舶會(huì)遇情況進(jìn)行案例研究，結(jié)果表明，兩條船舶在采取正確的避讓行動(dòng)條件下，可以在規(guī)定的距離內(nèi)成功避免碰撞。
　　(4)針對(duì)多船會(huì)遇局面下的避碰決策問(wèn)題，提出一種分布式實(shí)時(shí)避碰決策方法，該方法在海上避碰規(guī)則的要求下，將所有其它船舶看作是“目標(biāo)船”，從“本船”的角度研究避碰問(wèn)題，分

7、別對(duì)“本船”為讓路船、“本船”為直航船，且“目標(biāo)船”沒(méi)有采取避讓措施等情況下的避碰決策進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)會(huì)遇情況考慮采取轉(zhuǎn)向和變速兩種方式進(jìn)行避讓。對(duì)所有船舶都遵守海上避碰規(guī)則，以及存在船舶違反避碰規(guī)則的多船會(huì)遇局面進(jìn)行仿真，得到以下基本結(jié)論:①通常情況下，船舶在避讓過(guò)程中只采用一次轉(zhuǎn)向或變速操縱，而且一般不會(huì)出現(xiàn)船舶同時(shí)轉(zhuǎn)向和變速的情況;②采用分布式避碰決策可能會(huì)造成不同船舶的操作發(fā)生沖突，船舶之間的通信和協(xié)調(diào)在避讓過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用