基于AIS的船舶自动避碰决策系统的应用研究

【作者】 陶源；

【导师】 施朝建；

【作者基本信息】 上海海运学院 ， 交通信息工程及控制， 2001， 硕士

【摘要】 利用AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)捉供的多种高精度的可用于避碰的新型信息和数据，将AIS作为自动避碰决策系统的新数据来源，无疑将对目前自动避碰决策技术发展与应用起到相当大的推动作用。为了探讨在范围较为广泛的自动避碰决策技术条件下，AIS技术与之结合所能发挥的作用。本文开展了应用AIS技术的自动避碰决策技术方案的研究。 本文主要对以下问题进行了研究： ①根据国内外的资料、发表的文章和国际海事组织的文件，对AIS系统的技术进行了归纳、整理。分析了AIS数据对于雷达、ARPA数据而言的优越性和AIS数据的精度。同时指出了AIS数据本身还存在的问题，并进行了AIS与ARPA数据的误差分析。 ②分析了目前国内外自动避碰决策系统的研究情况和现状，指出了长期困扰自动避碰决策技术发展的二个问题，即他船信息来源的可靠性问题和船舶间航行、避碰意图互相通报的问题。 ③提出了将AIS作为自动避碰决策系统的他船数据信息来源的设想，并分析了这种设想的可行性。分析了在AIS数据的支持下，上述困扰自动避碰决策技术研究多年的二个问题得到解决的情况；分析了AIS数据中的他船状态信息(操限船、失控船、限于吃水船等)和他船避碰意图发现的新方法(实时监控他船动向)等AIS优于ARPA的数据功能对于自动避碰决策的作用，并研究了其应用方法。 ④对于在ARPA中可以直接得到的类似于他船相对航向、相对航速、距离、方位、CPA、TCPA等信息，研究并实践了其在AIS中的获取及处理方法。 ⑤提出了ABAAS(AIS Based Automatic Anti-collision System)的概念和设想。对于基于AIS的自动避碰决策方法进行了深入研究，分析了国内外专家对于碰撞危险度的研究成果，并提出了确定碰撞危险度的方法；借鉴国内外专家的见解，对避碰规则规定的三种会遇局面进行了定量的分析并对避碰行动局面进行了划分；提出了互见条件下两船会遇中本船避碰责任和行动判断的原则；制定了两船会遇避碰方案和多船会遇避碰方案；针对从AIS得到的他船航行状态信卜汕灯运学1；t帧卜学位论义 杜十川S的船舶自动避陇决策系统的应用研究 ，以设Zf了符合现则欲－【八条大十船舶M灾仟的避碰原则方沾。 凹以A＊＊AS 分析的避碰决策方案为依掀，设计并编写了柏应的计算 机仍真试验程序。本系统编写的程序有：AIS 数据模拟输入程序、 AIS按收发备数据处理模拟程序、AIS接收设备数据显示模拟程序。 以上程序的编写使用的均是 C语吉，开发环境为 Turbo C 2、1集成开 发环境，山于几巾。C是基于DOS环境的开发工具，相对较为节省 门算机储存空问，而几山于作者本人对于此环境较为熟悉、了解， 囚此仙用起来较为方攸，比较好地体现了开发的效率。程序具有良 好的人机界面，其功能是模拟AIS数据的接收、处理；给出船舶运 动参数；针对船舶会遇态势判断会遇局面和本船行动原则，并给出 川应的避碰行动建议和碰渔危险度提示；针对AIS新信息给出避碰 行动洼议。 ／卜’久以的过八h【。，本系统汹过仪拟按收 AIS 伯。以数见，iIWe算船舶运动参数，根抛会巡形势计算碰拖危险度并给出避碰建议，具有反应实时、操作方便等优点，符合船舶自动泱策技术研究的发展方向。更多还原

【Abstract】 By using the high accurate data, which include new information available for collision avoidance, it will surely make great contribution to the development and applications of collision avoidance technology nowadays when taking Automatic Identification System (AIS) as the new data source of the Automatic Anti-collision System (AAS). In order to discuss the combination of AIS under the condition of wide usage of AAS, this paper started the study of AIS Based Automatic Anti-collision System (ABAAS).The paper covers mainly the following a.spects of ABAAS technology:(1) Analyzing the advantage of AIS data from that of ARPA, based on the collection and study of research essays published domestically and internationally and the documents of IMO on the AIS technology. Coming up with the consideration of the error of AIS and ARPA data.(2) Identifying the 2 puzzles confusing the study of AAS, which are the reliability of data received from target ship and the communications of the intention of collision avoidance between ships, by analyzing the research of AAS domestically and internationally.(3) Presenting in-depth research and discussion on the solution of the 2 puzzles by taking AIS information as the data-source of AAS.(4) Researching on the acquisition and processing method of basic navigation data from AIS, such as relative course, relative speed, distance, bearing, CPA and TCPA of target ship.(5) Designing the ABAAS (AIS Based Automatic Anti-collision System) collision avoidance scheme and establishing the principle of collision avoidance of own ship and designing the new principle of actions for the collision avoidance using thenews data of AIS according to the International Regulations for Preventing Collisions At Sea, 1972, by calculating the risk of collision and consideration of the division of the three kinds of ship encounter.(6) Programming the ABAAS software, including AIS data input simulation program, AIS data processing program, and AIS data display program under the Turbo C 2.1 environment. In practice, ABAAS can accept data from AIS device and calculate the navigation parameter. After that it will calculate the risk of collision and give out the recommended actions of collision avoidance. Experimentation has proved that ABAAS has the advantages such as real-time display, fast responding to risks, easy operation, which make it a promising technology in the study of AAS.更多还原