[01372056]船舶航行智能避碰系统开发及应用

水路运输是国际贸易的强大支柱。船舶的大型化、高速化与船员队伍的低龄化以及高素质船员流失的矛盾凸显,因船员决策和操作过失、应急反应处置不当等人为因素影响而导致的碰撞事故仍屡见不鲜,对生命财产、海洋生态环境造成了严重危害。我国水域船舶交通流密度大、船舶类型众多、通航环境复杂。在岸基端,现有VTS尚不能较好解决我国水域船舶安全监管问题,一方面,其对船舶间的碰撞危险判断还是沿用传统雷达ARPA功能的预警机制,船舶密度大的情况下误报警频繁;另一方面,仍需依赖人工进行船舶碰撞危险判断和提醒船舶驾驶员,工作效率低、压力大。在船载端,现有导航设备缺少避碰辅助决策功能,完全依赖船员的避碰经验。本项目围绕提升雷达自动获取高精度、高可靠性目标信息,利用计算机如何模拟优秀驾驶员进行危险预判及避碰决策全过程等问题开展研究。 1.创新形成了船舶拟人智能避碰决策（PIDVCA）理论和关联避让行为的船舶碰撞危险及危险度评价新体系。发现了目标交会特征及其相对运动几何规律,基于自建的一整套PIDVCA数学模型表示的客观知识及规则库表示的经验知识设计了一组PIDVCA算法,实现了避碰领域知识的异构表示;基于自主设计的PIDVCA算法,突破了机器在线学习式构建动态避碰知识库,为机器自主“拟人决策”奠定了理论基础。 2、提出了PIDVCA算法的验证方法并创建其仿真测试平台。提出了一种PIDVCA关键模型算法完备性的测试方案,搭建了近似海试环境的船舶航行自动化仿真测试平台,在该平台上对PIDVCA算法进行了全面系统的测试。基于测试平台集成的PIDVCA与航向自动控制算法,通过针对性和随机性设计测试用例,实现船舶自动避碰的实时监控仿真试验结果,分析判断机器自动生成的避碰决策方案是否按照PIDVCA机器规则实施,以验证机器决策是否符合《避碰规则》精神,满足方案的合理性、适应性和科学性要求。 3、首次在远洋商船突破了导航雷达自动决策新技术。基于率先研发的导航雷达全域全自动目标跟踪及标绘技术和PIDVCA算法开发了船舶航行避碰辅助决策系统（N-CADAS）,实现了开阔水域碰撞危险预警及航行避碰辅助决策功能,为驾驶员实时提供的避碰辅助决策既遵循《国际海上避碰规则》,又体现船员的优良船艺和通常做法。 4、率先研发了基于船岸协同的分布式渡轮航行避碰预警系统。采用双岸基雷达系统并融合AIS信息对船舶尺度进行自动识别并实时获取目标的动态信息;运用碰撞危险评判新机制实现汽渡轮航行避碰智能预警。岸基端系统为岸基监管人员提供在航渡轮的实时潜在碰撞风险及危险等级预警,经由船岸WIFI高速通信系统,通过船载终端系统将预警信息以文字、声光和语音的形式提醒汽渡轮驾驶员。 目前,研究成果已成功应用如下： （1）基于研究成果开发的N-CADAS已获得CCS形式认可（证书编号：NJ1800120）和DNV形式认可（证书编号：MEDA000023W）,已应用在工信部智能船1.0专项四艘示“明远”、“明卓”“凯征”和“海辽”号等大型商船,首次在远洋商船实现智能避碰辅助决策功能,获得用户的认可与好评。 （2）基于研究成果开发的“智能雷达监控系统”可实现对雷达探测海域全自动、全天候实时观监测,支持多传感器融合、多站点组网,能为对海监控任务提供高度融合的实时海上态势认知信息,通过对探测数据信息的智能化分析判断,为海上监控执法、安全生产、港口监控、预报减灾、海洋生态环境保护等观监测任务提供信息化手段,提升管理效率,应用在近海雷达综合监控网建设（浙江、海南、福建等）、海监救助船、金砖国家厦门会议“核心区的海域安防监控任务”、青岛峰会“核心区的海面安防监控任务”。 （3）基于研究成果开发的“渡轮航行智能避碰预警系统”应用在江苏镇扬汽渡有限公司的岸基监管及8艘渡轮船载终端,提升了岸基监管人员对船舶航行安全的监管效率,提高了渡轮航行碰撞危险有效预警,减少了碰撞事故的发生。 （4）研究成果也应用于船舶操纵模拟器、电子海图模拟器等产品,大大提升了产品的智能化程度和先进性,产品经国家海事局认可,性能指标能够满足我国海事局和STCW公约马尼拉修正案的相关要求。按照国家海事局的相关规定,我司已经将该模拟器作为海船、渔船、内河船员进行学习、模拟训练和考核的必备教学与训练设备。经过多年的运行,系统性能稳定、功能齐全,满足教学与训练使用要求。