海装重庆局 重庆 410000
摘要：随着我国经济的快速发展，各行各业也得到了迅速发展。全球海洋经济的迅猛发展使得运行在海洋中船只体积及密度不断增加，海洋运输中由于船舶碰撞导致的海洋事故频发。传统的海洋避碰系统是利用雷达信号探测障碍物，其精度及识别度不高，已越来越不能满足现代海航安全的保障。本文研究基于无线传感网络的AIS自动识别技术，并将AIS自动识别技术与雷达探测系统有效融合，用来设计船舶辅助避碰系统，解决传统单一导航辅助设备的精度及识别度缺点，最后实现整个系统的软件设计。
关键词:无线传感网络;避碰系统;AIS
引言
随着海洋运输业的飞速发展，航行在海洋中的船舶，无论密度﹑体积还是数量都有很大的提高，增大了船舶碰撞的概率。现有船舶都有一套安全辅助航行系统，用来对运行的障碍物进行定位以避免发生碰撞。传统的海洋避碰系统是利用雷达信号探测障碍物的位置，其精度及识别度不高，已经越来越不能满足现代海航安全的保障。无线传感网络由具有无线通信功能的一系列传感器组成，附着在物理船舶上的传感器不仅具有采集位置信息等功能，同时能够组成无线通信网络来进行数据的有效传输。AIS是自动识别系统，也是现代进行船舶避碰系统中的热门技术。将AIS自动识别系统与传统的雷达信号进行融合，并结合无线传感网络的信息传输功能，能够有效解决传统单一导航辅助设备的精度及识别度缺点。本文研究基于无线传感网络的AIS自动识别技术，并将AIS自动识别技术与雷达探测系统有效融合，设计船舶辅助避碰系统，解决传统单一导航辅助设备的精度及识别度缺点，最后实现整个系统的软件设计。
1无线传感网络中AIS与雷达信息融合
传统的雷达信息及AIS自动识别信息对物体的探测具有各自的优缺点，其信息融合能够很好进行互补。1)对于目标物探测位置的精度及准确，由于雷达信号对海面的气候﹑地形环境较为敏感，其探测精度和准确度较AIS低。2)对于探测的覆盖范围:由于AIS为无源系统，探测范围有一定的限制。3)对于避碰算法的效率:由于AIS能够实时从相邻船舶通过无线传感网络接收到DCPA和TCPA等参数，时效性较雷达信号好。由于雷达系统与AIS自动识别系统具有不同类型传感器，二者的时间及空间存在误差，其对可能发生碰撞障碍物的轨迹描述并不一致，所以对二者系统的信息进行有效融合，不仅能够提高障碍物的识别精度和准确度，同时能够扩大障碍物的识别范围，对本船舶避碰决策进行指导。AIS系统与雷达系统的信息融合需要进行时间校准及航迹关联及融合。具体的AIS与雷达信息融合模型如图1所示。
2船舶避碰数学模型
2.1船舶避碰情况划分
船舶避碰情况划分船舶在海上航行，可能遇到的碰撞区域并不完全一样，按照不同方案不同区域的来船，可分为6个区域(见图2)。本船采用的措施如下:1)在A区域(005°-067.5°)，船舶需要作为避让的一方，且向右避让。2)在B区域(067.5°-112.5°)，船舶需要作为避让的一方，并且需要判断对方船舶与本船的船速比，若船速比K=VT/VO≤0.95，船舶进行左避让，否则进行右避让能达到最佳效果。3)在C区域(112°-210°)，本船应保持目前的方向及航速，若对方未采取措施，则需计算DCPA，若大于0则左闪，否则右闪。4)在D区域(210°-247.5°)，和C区域一样，不同的是DCPA若大于0则右闪，否则左闪。5)在E区域(247.5°-355.5°)，不进行避让。6)在F区域(355.5°-000°)，本船与可能发生碰撞的船只均需向右避让。
2.2基于融合信息的避碰数学模型
数学模型建立在AIS信息与雷达信息数据融合的基础上，同时在避让要素的计算上以雷达信号为主，AIS自动识别系统为辅，同时仅考虑与一艘船的碰撞模型。在众多碰撞要素中，主要分为静态参数和动态参数，静态比如船舶的体积、长宽高等，动态比如航向﹑航速等。本文讨论的避碰要素模型主要参数有:本船及可能发生碰撞船只的航速及航向VO，VT，CO，CT;两船的舷角BOT;两船的航速差值VＲ;两船可能相遇的交叉角ΔC;两船的航向角度差值CＲ;两船可能发生碰撞的最小航行距离DCPA及会遇的时间TCPA。避碰要素模型如图3所示。
3系统软件实现
本文最后对基于无线传感网络的船舶自动避碰系统进行了软件设计，软件利用面向对象的方法进行了划分，主要划分为如下几个模块:1)由系统初始化模块﹑管理及计算模块组成的中央处理模块:负责对船舶避碰算法的参数初始化设置﹑阀值设置及最终的算法计算，如BOT，CＲ，DCPA及的计算。2)窜口模块:用来接收AIS系统与雷达系统的传感器信息。3)信息处理模块:用来对接收到的AIS系统与雷达系统信息进行解码及校验。4)融合算法模块:用来对信息处理模块处理后的数据进行融合处理。5)动态监视处理模块:是对船舶避碰系统的联合辅助模块，根据对双方船舶的实时参数分析，提供避碰方案。另外，系统还有存储系统﹑显示系统等辅助系统。基于无线传感网络的船舶自动避碰系统软件设计如图4所示。
结语
本文研究了基于无线传感网络的AIS自动识别技术，并将AIS自动识别技术与雷达探测系统有效融合。其次研究了基于AIS及雷达信息融合的船舶避碰数学模型，并进行了软件实现。
参考文献:
［1］邢春光，王直．基于ECDIS系统和AIS系统的船舶避碰辅助决策系统的研究［J］．舰船科学技术，2008，30(6):111－115．
［2］谌兴良，李明，林莉．基于避碰几何的本船安全航向区间的估算模型［J］．舰船科学技术，2006，28(8):36－39．
[3]李嘉欣.基于避碰几何的本船安全航向区间的估算模型［J］．舰船科学技术，2006，123-124.
[4]刘晓明.基于避碰几何的本船安全航向区间的估算模型［J］．舰船科学技术，2006，1235-1356.
论文作者:邓吉鸽
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/27
标签：船舶论文; 系统论文; 信息论文; 自动识别论文; 模块论文; 航向论文; 障碍物论文; 《防护工程》2017年第7期论文;