无人机立体视觉识别船舶航行风险仿真

由于船舶交通受碰撞、搁浅、走锚等随机干扰因素的影响,导致对船舶航行目标的跟踪与风险预警具有较大难度。为增强海上航行的安全性,提出一种基于无人机立体视觉的船舶航行风险识别方法。引入双目视觉立体技术,获得目标船舶在航行过程中的图像数据。利用卡尔曼预测器优化连续性自适应均值漂移算法,跟踪目标船舶,通过高斯混合模型识别船舶航行风险。实验结果表明,研究方法对不同海域的船舶跟踪曲线与船舶实际航行曲线具有较高拟合度,且上述方法的船舶航行风险识别正确率高于90%,且误报率低于0.2%,说明提出方法的应用可靠性较高。     

导助航信息的三维可视化系统研究

导助航信息的三维可视化为船员提供清晰、直观的画面,方便船员准确地判断和掌握船舶所处的空间位置、水文环境、行进方向等重要信息。分析了整个三维可视化系统的体系结构;对导助航信息三维可视化的关键技术进行了研究,通过斜墨卡托投影实现地理坐标系到世界坐标系的坐标转换;提出一种方法计算航标位置、偏转角度用以指示锚地位置、船舶停靠方式;通过几何对象可视化进行导助航信息的动态展示。实验结果表明,该系统能够很好地解决船舶雾天通航因能见度低所造成的滞航问题,引导船舶航行和定位。     

基于Unity3D的船舶航行场景虚拟现实仿真模型

船舶航行场景虚拟现实仿真模型易受动态模糊赋值影响，导致生成的模拟曲线偏差过高，为此提出基于Unity3D的船舶航行场景虚拟现实仿真模型。利用Unity3D技术搭建船舶航行虚拟仿真场景，结合船舶运动方程，构建船舶航行场景虚拟现实仿真运动模型。实验结果表明，该模型的性能良好，生成的船舶航行仿真模拟曲线的拟合效果较好。     

船舶混沌运动的周期脉冲参数微扰控制

针对海上航行船舶非线性运动中存在的混沌现象,为实现对航行船舶的高精度航向控制,本文将脉冲参数微扰方法与横截同宿点理论相结合,提出了一种基于Melnikov方法的简捷船舶混沌运动周期脉冲参数微扰控制方法.该控制方法利用Melnikov函数确定控制脉冲参量关系及取值范围,基于该方法设计的控制器克服了脉冲参量取值难以确定的不足.仿真结果表明,本文所提方法能将混沌系统快速稳定到不同的周期轨道,具有较好的控制效果.     

基于改进粒子群算法的移动机器人路径规划方法研究

针对移动机器人传统路径规划算法效率不高、寻优能力差等问题,本文提出一种基于改进粒子群优化算法(PSO)的移动机器人路径规划方法。该方法采用神经网络训练碰撞罚函数,得到无碰撞路径,然后采用粒子群优化算法解决路径的最优问题。利用神经网络实现大量的并行和分布计算,发挥PSO简单、容易实现的优点,提高了路径规划的计算效率和可靠性。仿真结果表明,这种新路径规划方法是可行且有效的。     

多目标路径规划方法的研究

在环境中存在障碍物的情况下,为实现航行器完成任务时路径消耗最优,提出了一种对多个目标进行遍历的路径规划算法。该算法在初始计算时根据目标点间的估计距离构建TSP回路,并随着航行器的运行,动态地对TSP回路进行优化;同时,航行器根据TSP回路的顺序对目标进行访问,降低了初始计算量。通过仿真验证,该算法可以在实现规划目标的同时,明显地降低路径目标点的路径消耗。     

基于CFD的船舶斜浪三自由度运动仿真研究

针对船舶在斜浪中的多自由度耦合运动问题, 建立了三维粘性流耐波性数值波浪水池, 采用边界条件造波法生成高精度的斜向规则波, 通过同时求解RANS方程和刚体运动学方程, 结合网格整体移动方法和滑移网格方法, 实现了船舶斜浪航行的垂荡、纵摇及横摇三自由度耦合运动数值模拟。给出了DTMB5512船模斜浪中的垂荡、纵摇及横摇的频率响应函数, 与线性切片理论计算结果进行比较, 吻合良好。该方法可为船舶斜浪航行的耐波性预报提供一种有效的途径。     

一个新的MD4消息差分

在对Hash函数MD4的已知碰撞攻击方法研究的基础上,提出了一个新的分析思路——在差分路径的第3轮中不再构造局部碰撞,并给出了一条全新的差分路径。结果表明：新的差分路径在第3轮中不存在充分条件需要满足,以此路径构造的MD4碰撞攻击效率与以往攻击结果相比最优,计算复杂度不超过1次MD4运算。     

赛场环境实时变化的帆船比赛最优路径规划

最优行驶路径规划是帆船比赛取胜的关键环节。文章提出了赛场环境参数实时变化时,基于模糊综合评价的帆船直航比赛最优路径规划方法。该方法利用模糊综合评价思想,综合考虑行驶速度和接近目标两个因素建立综合评价函数进行航行方向决策,赛场环境参数变化时,从当前航行位置相对目标点重新进行路径规划,保证局部状态始终最优,利用宽度优先搜索算法实现全局最优路径搜索。仿真结果证明,该路径规划方法能够取得较好的规划结果,对指导帆船运动员进行科学训练有很好的理论意义和应用价值。     

基于Openlayers3和Cassandra的船舶碰撞风险识别系统

为提高船舶交通管理服务系统(VTS)智能化水平,保障航运安全,利用上海港水域内海量AIS数据,建立船舶领域模型,应用改进的聚类算法,识别船舶碰撞风险。利用开源地图框架Openlayers,实现碰撞风险可视化,利用Cassandra数据库,实现海量AIS数据存储和高效检索。设计实时船舶可视化显示,单船、区域船舶历史轨迹回放,模拟船舶航行等功能。最后使用上海港2015年全年AIS历史数据进行碰撞风险识别实验,结果和历史高危区域较为吻合,可作为辅助分析系统供海事人员决策参考。     

基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰策略

船舶避碰是智能航行中首要解决的问题,多船会遇局面下,只有相互协作,共同规划避碰策略,才能有效降低碰撞风险.为使船舶智能避碰策略具有协同性、安全性和实用性,提出一种基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰决策方法.首先,研究船舶会遇局面辨识方法,设计满足《国际海上避碰规则》的多船避碰策略.其次,研究多船舶智能体合作方式,构建多船舶智能体协同避碰决策模型:利用注意力推理方法提取有助于避碰决策的关键数据;设计记忆驱动的经验学习方法,有效积累交互经验;引入噪音网络和多头注意力机制,增强船舶智能体决策探索能力.最后,分别在实验地图与真实海图上,对多船会遇场景进行仿真实验.结果表明,在协同性和安全性方面,相较于多个对比方法,所提出的避碰策略均能获得具有竞争力的结果,且满足实用性要求,从而为提高船舶智能航行水平和保障航行安全提供一种新的解决方案.     

动态环境下基于速度空间寻优的局部避障方法

在动态环境下的局部避障是移动机器人的一项基本功能.在各种速度空间方法,如曲率-速率法(CVM)、巷道-曲率法(LCM)和扇区-曲率法(BCM)的基础上,提出了一种适用于未知或部分未知动态环境的局部避障方法.该方法将碰撞预测模型与改进后的BCM有效结合,不仅兼备了CVM的平滑性、LCM的安全性和BCM快速性的优点,而且弥补了各种速度空间寻优方法的不足,使其能够适用于移动机器人在动态环境下的避障与导航.实际机器人的导航实验表明该算法是可行而有效的.     

船舶动力定位系统的精细抗干扰控制

船舶在航行过程中不可避免地受到海平面上多种干扰的影响.动力定位(DP)是一种船舶在受到外界干扰的情形下依然能够保持在一定位置或沿固定轨迹航行的技术.与传统的锚定位方法相比,DP技术具有机动性强、可深海作业、定位精度高等优点.针对带有慢变环境干扰和复杂非线性项的船舶动力定位系统,研究其精细抗干扰控制问题.首先,利用模糊逻辑系统逼近船舶动力定位系统中的复杂非线性项.其次,通过构造自适应干扰观测器(ADO)来估计部分信息已知的慢变环境干扰.在此基础上,将基于干扰观测的控制(DOBC)与模糊控制算法相结合,提出基于复合分层抗干扰控制框架的精细抗干扰控制(EADC)策略,从而实现船舶动力定位系统的高精度抗干扰控制.最后,基于供给船模型的仿真研究验证所提控制策略的有效性.     

指北式捷联惯导系统软件的仿真与测试

传统测试用飞行轨迹侧重于模拟飞机真实的飞行轨迹,其导航算法的局限性使得即使出现大的误差也可能无法察觉.改进了一种解析式测试用飞行轨迹的生成方法,设计了一条飞行仿真轨迹,并对轨迹进行了性能分析,指出了方法与传统的飞行轨迹设计方法的优劣.在指北式捷联惯导系统中,对惯性器件进行了建模并设计了惯导系统仿真软件.用所生成的飞行仿真轨迹对导航系统软件进行了测试.通过仿真比较,有效地验证了导航软件的正确性和可靠性.     

Modeling of ship trajectory in collision situations by anevolutionary algorithm

For a given circumstance (i.e., a collision situation at sea), a decision support system for navigation should help the operator to choose a proper manoeuvre, teach him good habits, and enhance his general intuition on how to behave in similar situations in the future. By taking into account certain boundaries of the maneuvering region along with information on navigation obstacles and other moving ships, the problem of avoiding collisions is reduced to a dynamic optimization task with static and dynamic constraints. This paper presents experiments with a modified version of the Evolutionary Planner/Navigator (EP/N). Its new version, ϑEP/N++, is a major component of a such decision support system. This new extension of EP/N computes a safe-optimum path of a ship in given static and dynamic environments. A safe trajectory of the ship in a collision situation is determined on the basis of this algorithm. The introduction of a time parameter, the variable speed of the ship, and time-varying constraints representing movable ships are the main features of the new system. Sample results of ship trajectories obtained for typical navigation situations are presented     

捷联惯导系统测试中仿真轨迹的设计与分析

由于很难获得全面真实的导航飞行轨迹数据,而各类导航系统性能测试又必须要有飞行轨迹数据和惯性器件的输出参数.针对捷联惯性导航系统进行测试的飞机仿真飞行轨迹的设计方法.方法将飞行轨迹分解成若干任务段,根据实际需要,通过自由组合这些任务段,得到一条完整的飞行轨迹.据此设计了一条仿真轨迹并对该轨迹进行了性能分析,结果表明设计方法不仅能够较好的模拟飞机的实际飞行状态,更能有效的检验捷联惯性导航算法的精确性和可靠性,应用效果令人满意.     

基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法

目前的碰撞检测方法大部分是基于简单的包围盒方法和简单的搜索算法的，这种算法精确度低且效率不高。基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法是对传统碰撞检测算法的一种改进，该方法继承了传统碰撞检测算法的优点，同时又对传统算法进行了必要的改进。实验证明，利用物体表面凸分解的方法解决了传统碰撞检测算法不能测试非凸物体相交的问题，拓宽了碰撞检测算法的应用范围；根据物体前后碰撞点的相关性，运用加速搜索提高了碰撞检测效率，降低了算法复杂度。     

基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法

目前的碰撞检测方法大部分是基于简单的包围盒方法和简单的搜索算法的,这种算法精确度低且效率不高。基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法是对传统碰撞检测算法的一种改进,该方法继承了传统碰撞检测算法的优点,同时又对传统算法进行了必要的改进。实验证明,利用物体表面凸分解的方法解决了传统碰撞检测算法不能测试非凸物体相交的问题,拓宽了碰撞检测算法的应用范围;根据物体前后碰撞点的相关性,运用加速搜索提高了碰撞检测效率,降低了算法复杂度。     

一种无线多点远程监控系统的设计与实现

为了解决内河航标船发生碰撞实时远程监控的问题,笔者利用超声波雷达测距技术和远距离无线数据传输技术,结合基于轮询机制的点到多点的通信协议,设计了一种包括多个远端模块和一个中心模块的点对多点的无线数据通信系统。此套系统能即时检测船只发生的碰撞,并在中心机房的PC上实时显示状态以及声光报警。目前此套系统已经在某内河航标船上得到实际应用,取得了良好的效果。此外该系统经过较小的修改可适用于其他实时性要求较高、数据量不大的应用。