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基于灰色预测的船舶航向简捷鲁棒控制姜日凡;张显库【摘要】针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等特点,采用灰色预测和鲁棒控制相结合的方法,设计了一种船舶航向简捷鲁棒控制器,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于简捷鲁棒控制器.仿真试验结果表明,该控制系统是可行和有效的,具有较强的鲁棒性.%To deal with the long time-delay and nonlinearity of ship motion in sea,a concise robust controller of ship course-keeping based on the methods of gray prediction and robust control was designed.The error of ship course was predicted in time using improved gray model and the predicted value was applied to the concise robust.The simulation test results showed that the control system possess is feasibility,efficiency and robustness.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】4页(P63-66)【关键词】船舶航向保持;灰色预测;简捷鲁棒控制;时滞【作者】姜日凡;张显库【作者单位】大连海事大学航海学院,辽宁大连 116026;大连工业大学网络信息中心,辽宁大连 116034;大连海事大学航海学院,辽宁大连 116026【正文语种】中文【中图分类】U666.1530 引言船舶航向保持一直是船舶运动控制领域中十分重要的研究方向，因此国内外许多研究人员为改善船舶的操纵性能而一直努力。
灰色预测的拓扑选择在运量预测中的运用
熊如
【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》
【年(卷),期】1993(016)002
【摘要】运用灰色系统理论及GM模型拓朴选择,建立了相应的GM(1,1)模型,运用于运量预测,并以港口吞吐量与货物周转量的预测为例进行校验.结果表明,新息GM(1,1)模型,新陈代谢GM(1,1)模型与原始模型(全数据GM(1,1)模型)三者比较,新陈代谢GM(1,1)模型的精度最高,值得推荐在运量预测中采用.
【总页数】9页(P77-85)
【作者】熊如
【作者单位】交通部上海船舶运输科学研究所运输经济室
【正文语种】中文
【中图分类】U674
【相关文献】
1.灰色预测模型在蚌埠市公路客运量预测中的应用 [J], 徐建平;徐昙云;卢杨
2.改进的灰色预测模型在过坝货运量预测中的应用 [J], 张绪进;母德伟;韩涛
3.灰色预测模型在国内物流货运量预测中的应用 [J], 刘玲
4.灰色预测模型在客运量预测中的应用 [J], 顾央青
5.灰色预测模型在公路货运量预测中的应用 [J], 贾学锋
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灰色系统理论在海上交通事故预测中的应用
甘浪雄;张宝刚;郑元洲;彭家敏
【期刊名称】《船海工程》
【年(卷),期】2008(037)006
【摘要】以某港口2001～2007年海上交通事故统计数据为依据,应用灰色系统预测理论,建立该港口海上交通事故的GM(1,1)模型和UGM(1,1)模型,进行定量计算,结合定性分析,从而预测出该港口2008年海上交通事故的数量,以及2008年各种海上交通事故的比例.
【总页数】4页(P99-102)
【作者】甘浪雄;张宝刚;郑元洲;彭家敏
【作者单位】武汉理工大学,航运学院,武汉,430063;武汉理工大学,航运学院,武汉,430063;武汉理工大学,航运学院,武汉,430063;武汉理工大学,航运学院,武
汉,430063
【正文语种】中文
【中图分类】U676.1
【相关文献】
1.灰色系统理论在矿山安全事故预测中的应用 [J], 严明
2.改进灰色理论在海上交通事故预测中的应用 [J], 陈昌源;戴冉;牛佳伟;黎泉;吴祖新
3.灰色系统理论在河南省建筑安全事故预测中的应用研究 [J], 郝会娟;申商坤;李伟
4.支持向量机技术在海上船舶交通事故预测中的应用 [J], 彭小玲
5.粒子群优化的RBF神经网络在海上运输事故预测中的应用 [J], 韦波
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谈谈AIS在船舶避碰中的应用谈谈AIS在船舶避碰中的应用（续439期）2．利用AIS系统识别船舶信息，对来船是否存在碰撞危险做出正确的判断AIS自动识别仪，当显示“导航仪”界面时，它可作为一部GPS 导航仪来使用；当显示“平面船舶运动（动态）图”界面时，它就可作为一部ARPA雷达来使用，而且比ARPA雷达更直观，它也有正北向上（NORTH UP）、航向向上（COURSE UP）和船首向上（HEADING UP）三种“船舶真运动平面图”的显示形式。
AIS自动识别仪能够及时、自动识别周围的船只，并进行跟踪搜集其动态、静态以及附加信息。
因此，我们可以根据需要随时调出来船的动态信息以及船舶资料。
AIS自动识别仪搜集到周围船舶的信息后，按照距离由近到远排列。
对有碰撞危险的船舶（CPA与TCPA设定值大小可由值班驾驶员设置，若设置为0.5海里与12分钟；当实际的CPA和TCPA分别小于0.5海里与12分钟时，AIS系统就认为有碰撞危险），从AIS系统还可以获得目标的位置、航速、航向和船型(船长、船宽和船舶类型)等信息。
基于AIS信息的自动标绘功能，提供的两船CPA、TCPA等碰撞参数，不受气象、海况因素的影响，比ARPA的自动标绘更精确、更实时、更可靠。
AIS系统同时会发出警报并在运动图上标示出来，以便提醒驾驶人员。
这时驾驶员就应根据当时实际情况和环境，对来船是否存在紧迫局面或存在碰撞危险做出正确的判断，及时、尽早地采取有效措施避让来船。
3．利用 AIS系统的短信息功能，向来船发信息协调避让行动当船舶在海上航行时，瞭望是保障航行安全的第一手段，特别是在能见度不良的水域航行，利用一切有效的手段进行瞭望，及早地发现来船显得更加重要。
利用AIS 系统协助瞭望，可以在远距离的水域中及早“发现”来船，并自动识别来船信息供驾驶人员参考，驾驶员便可尽早地充分地对来船的动态进行分析，对其是否构成紧迫局面或存在碰撞危险做出正确的判断。
舰船方位变化规律灰预测及聚类分析研究
黄文斌;郝燕玲
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】2005(27)2
【摘要】舰船方位序列是一种带有灰色信息的时间序列,灰色系统理论是处理灰色信息的有力武器.文章在分析和阐述灰色系统理论的基础上,将其应用到舰船目标纯方位定位和要素解算领域,解决了传统的困扰解算目标运动要素的一些难点;提出了一些新的概念和方法,如目标方位序列集的概念和采用以某一方位为间隔的各方位区间的方位值数量作为灰色聚类中的灰聚类因子的方法,既可以有效区分不同方位序列集的分类,还能据此反演得到目标速度、航向以及位置信息的大概范围.
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】舰船;灰色系统理论;灰色聚类;方位序列
【作者】黄文斌;郝燕玲
【作者单位】哈尔滨工程大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.舰船方位变化规律的灰预测方法研究 [J], 孟范栋;李斌;黄文斌
2.基于灰色系统理论对舰船方位变化规律的分析 [J], 李祥珂;武志东
3.港口货物吞吐量的序列灰预测模型与系统灰预测模型比较分析研究 [J], 张有林;
牟峰;黎青松;张谧
4.纯方位跟踪时利用方位变化规律检测目标机动问题 [J], 赵海彬;郑磊
5.冲灰水水质变化及结垢规律的分析研究 [J], 刘会山
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加权灰色理论在海损事故分析与预测中的应用牛佳伟;李连博;陈昌源;孙海洋;乔林【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2016(039)003【摘要】为增强海上交通运输安全,运用灰色系统理论中传统的灰色关联理论和加权灰色关联原理,分别对辽宁、天津和宁波水域2007-2013年的船舶交通事故进行分析,寻求船舶交通事故的主要致因.将传统灰色关联结果与加权灰色关联结果进行对比,验证加权灰色关联理论具有更好的准确性和层次性.建立3处水域船舶交通事故总数的预测模型,对不同水域未来的交通形势进行预测;将预测模型结果与实际数据相比较,得到其预测精度,以期获得该预测模型短期预测精度的大致范围,从而为海上交通事故的预防提供指导和借鉴.【总页数】5页(P63-67)【作者】牛佳伟;李连博;陈昌源;孙海洋;乔林【作者单位】大连海事大学航海学院,辽宁大连 113026;大连海事大学航海学院,辽宁大连 113026;大连海事大学航海学院,辽宁大连 113026;国家海洋局东海分局,上海 200137;大连海事大学航海学院,辽宁大连 113026【正文语种】中文【中图分类】U698.6【相关文献】1.加权灰色关联理论模型在辽宁海上交通事故分析与预测中的应用 [J], 牛佳伟;李连博;陈昌源;林威2.灰色关联矩阵在海损事故原因分析中的应用 [J], 潘仲川3.回归分析在公司财务分析与预测中的应用——基于天利高新财务报表中主营业务收入的分析与预测 [J], 詹明盛4.多口径加权与普通加权在健康调查数据分析管理中的应用效果比较 [J], 张军锋;刘冰洁;邵彤5.磁共振扩散加权成像结合T2加权成像在前列腺癌诊断中的应用价值 [J], 谢显文;何俊兴;陈景艺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
改进灰色模型在海上交通综合安全指数预测应用陈昌源;戴冉;冯纪军;岳兴旺;张杰【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2017(040)001【摘要】为提高海上交通综合安全指数的预测精度,弥补传统预测方法的不足,构造一种改进的灰色预测模型.在对传统的灰色预测模型GM(1,1)的基本原理和预测精度进行阐述的基础上,引入弱化算子序列对灰色预测模型进行改进,设计一种改进的灰色预测模型.以2004-2013年海上交通综合安全指数4项指标历史数据为基础,进行传统灰色模型预测和改进灰色模型预测,并绘制出2种预测模型的实际值和预测值的拟合曲线.结果表明:改进灰色模型的预测精度和拟合曲线都比传统灰色模型要好,能真实反映海上交通综合安全指数的发展趋势,预测结果具有一定的可靠性和实用性.【总页数】6页(P58-63)【作者】陈昌源;戴冉;冯纪军;岳兴旺;张杰【作者单位】大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;大连海事大学航海学院,辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】U698【相关文献】1.改进灰色理论在海上交通事故预测中的应用 [J], 陈昌源;戴冉;牛佳伟;黎泉;吴祖新2.基于改进综合安全指数的水上交通安全评价 [J], 周涂强;吴超仲;张笛;朱浩强3.改进灰色模型群的我国道路交通事故预测 [J], 李秋香;张玉豪4.基于改进三参数灰色模型的海上交通事故预测 [J], 徐东星; 尹勇; 张秀凤; 孙珽; 叶进; 付昭斌5.一种改进的灰色模型在交通量预测中的应用 [J], 陈淑燕;陈家胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于灰色马尔科夫模型的船舶交通流预测刘成勇;万伟强;陈蜀喆;甘浪雄【摘要】鉴于船舶交通流预测的复杂性,利用单一的灰色预测方法难以对其做出准确预测,考虑交通流量的波动性,将灰色预测理论和马尔科夫预测方法结合以建立灰色马尔科夫预测模型,利用该模型对长江口河段的船舶交通流量进行预测分析.研究结果表明:灰色马尔可夫链模型的预测结果较单一的灰色预测结果更接近实际值,相对误差较小且具有较高的拟合精度,对于具有一定波动性和随机性的船舶交通流有较高的预测精度,可应用于实际船舶交通流量预测研究中.【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2018(041)003【总页数】6页(P95-100)【关键词】灰色预测;马尔科夫模型;船舶交通流;预测【作者】刘成勇;万伟强;陈蜀喆;甘浪雄【作者单位】武汉理工大学航运学院,武汉 430063;湖北省内河航运技术重点实验室,武汉 30063;武汉理工大学航运学院,武汉 430063;武汉理工大学航运学院,武汉430063;湖北省内河航运技术重点实验室,武汉 30063;武汉理工大学航运学院,武汉 430063;湖北省内河航运技术重点实验室,武汉 30063【正文语种】中文【中图分类】U692目前，国内外学者关于船舶交通流量预测的理论方法很多且逐渐趋于完善，孔垂猛等[1]利用灰色马尔科夫模型对现有道路断面或交叉口进行短时交通流量预测，能满足短时交通流量预测的精度要求。
尹素素等[2]针对短时交通流量预测在精度和收敛速度方面的不足，将二进制序列索引和灰色马尔科夫波动性预测模型相结合，具有较好的实际应用效果。
林岩等[3]将灰色模型与马尔科夫链结合，建立了针对道路交通事故预测的灰色马尔科夫模型并对我国道路交通事故历史数据进行预测，验证模型的可靠性。
董慧君等[4]运用灰色GM(1,1)马尔科夫模型，以江苏统计年鉴公布的江苏省2006—2012年货物周转量的统计数据为依据，对其2013—2015年的物流规模进行预测，效果较好。
基于灰色理论的船舶避碰行动评价
江聪;李宇辰;王志邦
【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》
【年(卷),期】2013(000)001
【摘要】分析灰色评价方法的优越性，并建立避碰行动评价相关数学模型和评价指标体系，最终阐述了基于多层次灰色综合评价理论进行避碰行动评价步骤。
该方法具有一定的有效性和实用性。
【总页数】4页(P21-24)
【作者】江聪;李宇辰;王志邦
【作者单位】海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430;海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430;海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430【正文语种】中文
【中图分类】U675.96
【相关文献】
1.析沿海船舶避碰行动中"VHF避碰协议"的法律效力 [J], 何腾蛟;杜何阳
2.交叉相遇局面中船舶避碰行动的不确定性 [J], 郑中义;吴兆麟
3.基于灰色理论的航空安全预警信号系统构建——评《基于灰色理论的航空安全监测与预警》 [J], 闫锋; 付尧明; 顾志武
4.从一起海上船舶碰撞事故论协议避让在船舶避碰行动中的运用条件 [J], 左川
5.基于灰色理论的聚合物驱注采井关联性评价方法研究 [J], 殷方好
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基于灰色理论的船舶避碰行动评价江聪;李宇辰;王志邦【摘要】This article firstly analyses the advantages of gray evaluation method , and then establishes correlative mathematical model and index system, at last specifies each step of multi-level gray evaluation.This method proves to be effective and has practical significance .% 分析灰色评价方法的优越性，并建立避碰行动评价相关数学模型和评价指标体系，最终阐述了基于多层次灰色综合评价理论进行避碰行动评价步骤。
该方法具有一定的有效性和实用性。
【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P21-24)【关键词】灰色理论;多层次综合评价;避碰行动【作者】江聪;李宇辰;王志邦【作者单位】海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430;海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430;海军兵种指挥学院研究生队，广东广州510430【正文语种】中文【中图分类】U675.960 引言自上世纪70年代以来，避碰自动决策理论受到国际航海学术界的高度重视，取得了很大进展，然而避碰行动评价理论研究的相对滞后严重阻碍了其进一步的发展.目前针对避碰行动的评价方法主要有几何法、神经网络方法、模糊数学方法以及层次分析法等，但是效果不甚理想.因此本文提出基于灰色理论评价方法，以期取得更优的评价效果，为避碰行动评价理论发展提供新思路.本文首先介绍多层次灰色评价理论，并建立避碰行动评价指标体系，同时针对各指标提出评价方法，最终阐述避碰行动灰色评价过程.避碰行动灰色评价不仅能有效解决避碰行动评价指标的不确定性问题，还能同时对多避让方案进行评价打分，具有很大的应用价值.1 多层次灰色评价理论简介1.1 理论概述灰色系统理论是一门研究部分信息清晰、部分信息模糊且带有不确定性的应用数学学科，其于1982年由华中理工大学邓聚龙教授提出［1］，随后发展为一种处理复杂系统的经典方法.其基本特征有:1)该理论认.系统是否会出现信息不完全的情况，取决于认识的层次、信息的层次和决策的层次，低层次的不确定量是相对应的高层次确定量，应充分利用已知信息揭示系统的规律.其在相对高层次上处理问题时视野角宽广;2)该理论认为应从事物内部、系统内部结构与参数研究系统;3)其把随机量看作在一定范围变化的灰色量，尽管存在无规则干扰成分，经过一定技术处理可发现其规律性;4)其应用灰色数、灰色方程、灰色矩阵、灰色群等描述，突破原有方法局限性，能更深刻反映事物本质特征;5)该方法一反过去纯粹定性描述方法，将所研究问题具体化、量化，从变化规律不明显的情况中找出规律，并通过规律分析事物变化与发展.1.2 可行性与优点分析由于避碰行动中避让时机、避让方式等存在很大不确定性，因此应用一般评价方法难以达到预期评价效果，而灰色评价理论可通过对部分“已知”信息的生产、开发实现对现实世界的确切描述和认识，因此应用灰色理论可较好地解决船舶避碰行动评价的不确定性问题.具有以下优点:1)可从受干扰的系统中依据其中积分的规律性，建立相应数学模型;2)其在建模时不需要大量的数据，可利用相对不完整数据建立相应评价模型;3)能对多种避让方案同时进行评价，并可最终根据评价得分筛选合适方案.2 避碰行动评价相关数学模型2.1 船舶碰撞危险度评价本文评价船舶碰撞危险度指标主要有两船DCPA、TCPA和两船距离R［2］，随着三者数值减小，碰撞危险度逐渐增加，基于此理论可建立碰撞危险隶属函数，分别记DCPA、TCPA、R隶属函数为UAD(DCPA)、UAT(TCPA)、UAR(R)，可构建DCPA隶属函数为:式中d1为最小安全会遇距离，一般取1.1 n mile，d2为最大安全会遇距离，一般取2 n mile.TCPA隶属函数:式中t1为没有足够时间摆脱紧迫局面时间，t2为有足够时间摆脱紧迫局面时间. R隶属度函数:式中r1为最晚施舵点距离，r2为动界大小.最终可得碰撞危险度.2.2 避让时机确定模型避让时机主要指标为避让距离，实际上避让时机是一取值区间，假设为［D1，D2］，其中D1为最晚施舵点距离，D2为形成碰撞危险临界距离，本节首先计算D1、D2，然后给出避让时机关联函数.以目标船位置O为坐标原点，OA为D2，OB为D1，C为最近会遇点，OC为最近会遇距离DCPA，为两船相对航向，如图1所示:图1 避让时机计算几何图根据图中几何关系，可得出:AC=对于D2，按实际距离进行计算，考虑观测设备误差及边界模糊，取D2=5+5×0.27≈6.当两船距离在(0，D2)范围时两船存在碰撞危险，(0，D1)时两船进入紧迫局面，(0，D2)外两船无碰撞危险.由此可建立避让时机关联函数:2.3 安全会遇距离确定模型根据Goodwin研究船舶领域模型［3］，其边界即安全会遇距离，与来船方位灯因素密切相关，根据海员避碰行为统计数据，可得到如表1所示船舶领域大小修正表:表1 船舶领域大小修正表CPA相对方位(°)修正值000 1.1 090 1.0 180 0.6 270 0.9由此可得到安全通过距离DCPAS计算公式:3 多层次灰色综合评价过程多层次灰色综合评价方法对避碰行动进行评价过程如下［4］:1)确定评价对象.假设评价对象共有z个，标号为s=(1，2，…，z)，Ws为代表第s个对象评价总得分.2)建立评价指标体系.本文根据避碰行动评价要点，将评价体系分为三层，第一层为总目标，即避碰行动评价.第二层为一级评价因素层，设为Vi(i =1，2，3，4)，包括合法性、安全性、协调性、经济性.第三层为评价因素层，设为W j(j=1，2，3，4)，包括碰撞危险度、避让时机、避让幅度、最近通过距离，如图2所示:图2 避碰行动评价指标体系3)计算效果样本.为求取效果样本，首先应计算各指标白化值，各指标白化值计算如下:碰撞危险度W1:k(x)=将碰撞危险度测度阀值设为0.5，采取避让方案后若仍大于0.5，则不可取，白化值为0.避让时机W 2:k(x)=其中x为避让时机关联函数值，计算过程见3.2节.避让幅度W3:最近会遇距离W4:将多目标避碰中某一局势在决策目标下效果白化值分别求出所建立矩阵即效果矩阵.4)确认目标极性，作测度效果变换.避让行动效果越大越好，因此取极大值作测度变换，即5)利用层次分析法计算各指标权值，可得到权重向量A;6)建立统一测度空间.假设计算得到各指标权重为，综合后局势sij的效果测度为rij，则有，可分别计算出rij可得到测度矩阵R.7)计算最终评价得分.最终评价得分P为P= A◦R.4 结束语本文结合灰色评价理论对避碰行动进行评价，充分利用灰色评价理论优点解决避碰行动评价中评价指标的不确定性问题.灰色多层次评价方法不仅能给避碰行动给予较准确评分，还能同时对多个样本进行评价，使评价更加简便有效，具有一定的实际应用价值.参考文献:［1］邓聚龙.灰色系统:社会·经济［M］.北京:国防工业出版社，1985:1－22. ［2］王永江.船舶避碰决策理论与方法的研究［D］.上海:上海海事大学，2004. ［3］ E M Goodwin.Determination of Ship Domain Size［J］.Proceedings of International Conference on Mathematical Aspects of Marine Traffic.Academic press，London，1997:103－127.［4］邓咏梅.多层次灰色评价法在课堂教学质量评估中的应用［J］.科技进步与决策，2004，21(12):143－150.。
对舰艇的灰色预测跟踪和射击
李祖光
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】1993(018)001
【总页数】3页(P61-63)
【作者】李祖光
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】E925.6
【相关文献】
1.火炮射击初速灰色预测方法研究 [J], 卢金柱;鲁小强
2.耦合杀伤区射击次数与舰艇间距分析 [J], 姚跃亭;赵建军;杨利斌;刘林密
3.舰艇摇摆对小口径舰炮射击精度的影响分析 [J], 张龙杰;谢晓方;孙涛;李德栋
4.舰艇摇摆作用下火炮射击诸元求解模型分析 [J], 程晗;陈维义;周敏佳
5.舰艇生命力线图在舰炮射击效力评定中的应用 [J], 孟庆操; 魏波; 孙东彦
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改进灰色预测模型在我国船舶订单预测中的应用
戴宝印;谭家华
【期刊名称】《物流科技》
【年(卷),期】2009(32)6
【摘要】面对人民币升值、钢材等原材料价格上涨、国际金融危机的冲击和市场出现的急剧变化,全年全国承接新船订单5 818万载重吨,同比下降40.9%;手持船舶订单2.046亿载重吨,同比增长28.7%.未来几年,世界造船市场的需求如何,中国船舶制造企业该如何积极应对?这些都是中国造船业必须要面对和思考的问题.文章从手持订单量出发,借助改进后的灰色预测模型,对未来两年我国造船行业做一个简单预测,以期对我国造船业的发展提供借鉴和参考.
【总页数】4页(P44-47)
【作者】戴宝印;谭家华
【作者单位】上海交通大学,上海,200240;上海交通大学,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】F224
【相关文献】
1.改进的灰色预测模型在区域用水总量预测中的应用 [J], 刘呈玲;方红远;刘志辉
2.改进灰色理论预测模型在分布式配电网中长期负荷预测中的应用 [J], 戴晖;李峰;雷文宝;刘刚
3.改进灰色预测模型在热电厂热负荷预测中的应用 [J], 胡世广; 王琦
4.改进灰色预测模型在矿井涌水量预测中的应用 [J], 乔·托力巴特
5.改进灰色预测模型在电力负荷预测中的应用 [J], 陈磊;张青云;向晓;刘红云;刘闯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
灰色关联决策在重点避让船选择中的应用研究
刘静;刘以安;孟现海
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】2007(29)5
【摘要】为解决多船会遇情况下的船舶避碰决策问题,采用灰色关联决策方法选择重点避让船:首先按数学模型计算出目标船与本船的最近会遇距离DCPA、最近会遇时间TCPA以及船速比K.以DCPA、TCPA、K作为对策集中的各分量,再利用灰色关联决策进行综合评价,确定重点避让船.通过仿真分析,该方法具有可行性.
【总页数】3页(P9-11)
【关键词】船舶操纵技术;灰色关联决策;多船会遇;船舶避碰;重点避让船;灰色绝对关联度
【作者】刘静;刘以安;孟现海
【作者单位】江南大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U675.96
【相关文献】
1.灰色关联决策模型及在调驱方案优化决策中的应用研究 [J], 王生奎;蒲万芬;叶亮
2.组合赋权和灰色关联分析法在房地产投资决策中的应用研究 [J], 马力;刘雨卉;张平
3.灰色绝对关联优化决策方法在矿业决策中的应用研究 [J], 王贵成
4.灰色关联决策在港口物流模式选择中的应用研究 [J], 单联宏
5.基于聚类分析和信息熵的灰色关联分析在便携式呼吸机采购决策中的应用研究[J], 孙鹏
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47卷 第4期(总第175期)中 国 造 船V ol.47 No.4(Serial No.175) 2006年12月S HIPBUILDIN G OF C HIN A Dec.2006文章编号:1000-4882(2006)04-0029-05灰色预测在船舶避碰时机决策中的应用刘以安1, 邹晓华2, 吴 洁2, 陈松灿3(1.江南大学信息工程学院,江苏 无锡 214036;2.江苏科技大学电子信息学院,江苏 镇江 212003;3.南京航空航天大学计算机科学与工程系,江苏 南京 210016)摘要针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机,应用灰色系统理论预测模型,实时预测各目标船相对于本船在下一时刻的运动参数,预估目标船相对于本船的最近会遇距离DC PA和最近会遇时间T CP A;同时,对于灰色预测模型预测误差大的问题,提出了先缓冲后预测的处理思想,并对缓冲算子作了改进。
仿真结果表明,该方法能有效提高船舶海上航行的灵活性和安全可靠性,达到提前预警和帮助驾驶员提前做好避碰准备与应急措施等目的。
关 键 词:船舶、舰船工程;灰色预测;避碰时机;最近会遇距离;最近会遇时间中图分类号:U675.96 文献标识码:A1 前 言海上船舶避碰是航海科学技术的重点研究领域之一。
多年来,有关船舶避碰方面的理论和技术已在国内外众多学者[1～8]的共同努力下取得了相当成功。
但由于船舶受航行水域、海况、气象条件、交通密度、船舶自身条件以及驾驶人员的操作经验和水平等因素影响,船舶遭遇碰撞、触礁等意外事故仍常有发生,严重威胁着人员的生命安全和财产损失。
据统计分析,海上船舶的碰撞事故主要来自于人为因素,表现在驾驶员对船舶的运动趋势、避碰时机、碰撞危险度和避碰决策的失误等估计不准确。
为此,研究海上船舶避碰自动决策系统的新思想和新方法,对于提高船舶海上自动化航行的安全性和可靠性,减轻驾驶员的劳动强度和心理负担,避免船舶遭遇碰撞、触礁和海上其它意外事故的发生,仍具有十分重要的现实意义。
本文针对船舶避碰决策系统中的船舶运动趋势和避碰时机,应用灰色系统理论的GM(1,1)预测模型,实时预测各目标船相对于本船在下一时刻的运动参数(如位置、航向、航速等),预估目标船相对于本船的最近会遇距离(DCPA)和最近会遇时间(TCPA),以达到提前危险警告和确定合适避让时机、避让幅度等目的。
同时,针对GM(1,1)模型预测误差大的问题,提出了先缓冲后预测的处理思想,并对缓冲算子作了改进。
仿真结果表明,该方法是可行的,能有效提高船舶海上航行的灵活性和安全可靠性。
2 DCPA和TCPA的计算在船舶避碰决策系统研究中,确定船舶是否存在碰撞危险的最根本因素是两船会遇时的DC PA和TC PA。
为了实时算出本船和目标船之间的DCPA和TCPA,可建立随本船运动的平面直角坐标系。
收稿日期:2004-12-14;修改稿收稿日期:2005-07-26 基金项目:船舶工业国防科技预研基金项目(04J1.1.3);江苏省教育厅资助项目:(2004DX029J)设其坐标原点O 位于本船的质心;y 轴在本船平台面内,平行于平台轴线(首尾线),指向前方;x 轴在平台面内,按右手系法则确定。
这样,在本船的雷达视距范围内,当有目标船运动时,雷达可通过对目标船每一时刻的探测,通过适当的坐标平移或旋转变换,将目标船在各时刻的位置坐标实时地转换到本船当前时刻所在的坐标系中。
如图1所示,假设本船以速度v 0(t )直航运动,若雷达在某时刻t 0探测的目标船径距为r (t 0),相对于y 轴的方位为θ(t 0),则目标船在时刻t 0位于A 点的位置坐标为图1 船舶运动状态示意图 x (t 0)=r (t 0)sin θ(t 0)y (t 0)=r (t 0)cos θ(t 0)(1)当雷达在下一时刻t 1又测得目标船位于B 点的径距和方位为r (t 1)、θ(t 1)时,同样可得点B 在t 1时刻相对于本船的位置坐标为 x (t 1)=r (t 1)sin θ(t 1)y (t 1)=r (t 1)cos θ(t 1)(2)于是,根据本船运动的航向C 0(t 1)和速度v 0(t 1),可通过适当的坐标变换,将目标船在A 点的位置转换到本船在t 1时刻的坐标系中,即 x ′(t 1)=r (t 0)sin θ(t 0)y ′(t 1)=r (t 0)cos θ(t 0)-v 0(t 1) (t 1-t 0)(3)这样,通过雷达对目标船的两次探测,就可确定目标船在t 1时刻的航向C 1(t 1)和航速v 1(t 1),进而算出本船相对于目标船的速度v 01(t 1)和航向C 01(t 1)以及DCP A (t 1)和TCP A (t 1)分别为 v 01(t 1)=v 0(t 1)2+v 1(t 1)2-2v 0(t 1)v 1(t 1)cos [C 0(t 1)-C 1(t 1)]C 01(t 1)=C 0(t 1)+arccosv 0(t 1)-v 1(t 1)cos [C 0(t 1)-C 1(t 1)]v 01(t 1)DCP A (t 1)=r (t 1)sin [C 01(t 1)-θ(t 1)]TCP A (t 1)=r (t 1)cos [C 01(t 1)-θ(t 1)]/v 01(t 1)(4)显然,DCP A (t )和TCP A (t )取决于各时刻本船与目标船之间的相对径距r (t )、相对航向C (t )和相对速度v 01(t )。
当DCP A (t )和TCP A (t )均小于给定的阈值时,本船应及时地采取避让行动,如改变航向或速度。
这里,当本船保航运动时,C 0(t 1)=0;当本船相对于前一时刻t 0发生转向运动时,即其转向角T ≠0(顺时针为正,逆时针为负),则有C 0(t 1)=T 。
3 灰色预测目前在船舶避碰领域的实践中,大多还是依赖驾驶员的自身知识、阅历和操作经验,通过其主观决策来完成船舶的避碰行为。
这种仅凭驾驶员个人直觉而作出的判断和决策,存在风险大和易产生决策失误等问题。
为此,对船舶运动趋势和避碰时机,应用灰色系统预测理论进行自动预测,可减轻驾驶人员的心理负担和劳动强度,帮助驾驶员提前做好避碰准备和应急措施,以免因人为因素产生的决策犹豫、迟缓或失误而造成的船舶碰撞、触礁和海上其它意外事故的发生。
灰色预测是灰色系统理论的重要组成部分,而GM (1,1)模型[9]又是灰色系统理论中常用的一种灰色预测模型,可用于单个时间序列的动态预测;它具有弱化数据序列随机性、发掘系统演化规律的独特功效,并对一般模型具有很强的融合力和渗透力。
假设雷达传感器在k 时刻已建立了某目标船的航迹档案,其量测序列X (0)为 X(0)=[x (0)(1),x (0)(2),…,x (0)(k )],x (0)(i )≥0,i =1,2,…,k (5)作X (0)的累加生成序列1-AGO :30中 国 造 船学术论文 X (1)=[x (1)(1),x (1)(2),…,x (1)(k )](6)式中 x (1)(i )=∑i j =1x (0)(j ), i =1,2,…,k 建立如下的白化微分方程: d x (1)d t +ax (1)=b(7)则按最小二乘法可得参数a =[a ,b ]T 的估计: a =(B T B )-1B T Y(8)式中 B =-z (1)(2)1-z (1)(3)1 -z (1)(k )1, Y =x (0)(2)x (0)(3) x (0)(k ) z (1)(i )=0.5[x (1)(i )+x (1)(i -1)], i =2,3,…,k由此,可得式(7)微分方程的解 x (1)(k +1)=[x (0)(1)-b a]e -ak +b a (9)和一步预测公式 x (k +1)=(-a )[x (0)(1)-b a]e -ak(10)或 x (0)(k +1)=x (1)(k +1)-x (1)(k )(11)上述式(5)～式(11)即为GM (1,1)模型的基本公式。
4 灰色预测模型的改进在船舶避碰系统研究中,由于雷达对目标船的探测受自身探测精度、海面杂波和气象条件等因素影响,常使雷达对目标船的探测数据存在较大的随机误差,有时可能出现野值。
为了及时而较精确地预测目标船相对于本船的运动趋势以及DCPA 和TCPA 的值,这里,对雷达探测的目标船状态随机序列,采取先缓冲后预测的思想,来提高和改善船舶避碰决策系统对目标船运动态势、避碰时机的精确预测。
因为灰色系统理论[10]认为,尽管客观系统表象复杂,数据离乱,但它总有整体功能,并能通过某种生成弱化其随机性,显现其某种内在规律。
它对样本量的多少没有特殊要求,分析时也不需要什么典型的分布规律,因而具有十分广泛的工程应用价值。
设雷达在k 时刻对某目标船航迹Z (k )的量测方程为 Z (k )=H (k )X (k )+v (k )(12)式中X (k )为目标船在k 时刻的运动状态;H (k )为雷达量测状态矩阵;v (k )为雷达的量测噪声,其值均假定为高斯白噪声。
则雷达量测的目标船航迹序列[Z (1),Z (2),…,Z (k )]显然为一平稳随机序列,故可应用文献[11]给出的弱化缓冲算子构造模型: Z (i )d =∑k j =i Z (j )/(k -i +1), i =1,2,…,k (13)对序列[Z (1),Z (2),…,Z (k )]作一阶弱化缓冲,然后把生成的缓冲序列[Z (1)d ,Z (2)d ,…,Z (k )d ]作为该目标船的航迹档案,对其应用GM (1,1)进行跟踪和预测,定能提高雷达系统的跟踪精度。
然而,由式(13)可知,缓冲算子对Z (k )项数据的作用保持不变,即Z (k )d =Z (k )。
这在雷达跟踪3147卷 第4期(总第175期) 刘以安等:灰色预测在船舶避碰时机决策中的应用 中,当雷达在第k 时刻的量测数据Z (k )受冲击干扰很大时,显然会对雷达系统的跟踪精度和下一时刻的预测精度产生较大的影响。
为此,寻找某种合理准则,实现对原随机序列的预处理乃是十分必要的。
设某目标船的真实航迹值序列为[X 0(1),X 0(2),…,X 0(k )],则雷达的测量值序列为 Z (i )=X 0(i )+v (i ), i =1,2,…,k (14)式中,v (i )(i =1,2,…,k )为雷达测量时的随机误差。
对随机序列[Z (1),Z (2),…,Z (k )]作加权均值生成,可得新的随机振荡序列[Y (1),Y (2),…,Y (k )],其中 Y (i )=[∑i j =1Z (j )]i =[∑i j =1X 0(j )]i +[∑i j =1v (j )]i ,i =1,2,…,k (15)显然,新生成的序列不仅可使原序列的随机性减弱,而且也能有效抑制Y (k )项数据的随机性。
