（交通运输工程专业论文）船舶避碰决策理论与方法的研究.pdf

上海海事= i ；：= 学硕士论文 缡要 籍艟磁攘，不毽臻爨麓臻，憝及货物，甚鬟逑成麓毁a 亡，严重污染海洋。究 其啜因，不难发现绝大多数碰撞鬻敞都楚由于航海者的疏忽、过失以及严重违反融 琢海一避疆蔑列所致。交照霹觅，减少久为失瀑建袋少瓣舷碰撞和提蠢麓麓簸毒亍安 全的关键环节。艘此船舶避碰决策是2 l 世纪航海技术的重要研究课题。本文狂对 蘧入疆究袋栗惑缕、强鳃秘分摄憨鏊疆土，稷攥定赣窝定量分撰、麦溪舄窖蕊樱结 合的思想，做了如下研究与探索工作。 瓣避磁镁减豹翅浚遴嚣分辑，并谚 究了鼢鹣磁攘装囊瑾、过程及对繁；授 据避碰规则，通避定性与定量分柝，对三种会遇局面进行了划分，并在此 蒸醚上，j c 幸避碰智囊嚣甏避暂了娥努。该结果较全藿遗蕊蘸了艇爨露海上 避碰规则的认识。 套考虑强艇遴磁学必麓鬻麓分戆墓磁主，禳据零籍逮度、两瓣遴度篦、来 船会遇悉势等嚣豢，对本船及来船的运动参数邈行计算，为船舶的避碰决 策抒下良好静基獭。 根据d c p a 和t c p a 概念的涵义，提出了碰撞危险度爵勺概念，逡用模糊数 学理论，建立了秘谬魏磁撞惫羧痊懿羧鍪，该模型考虑了瑟麓赘撩缀经 能，能见度等多瓣因素。 黠多麓会邂避磁遴嚣攥缀羼瑟鹣糍分，淤强瑟海主避缀褒裂、海上鼯受 通常做法为基础，在多船会遇避碰操纵中，提出了“避碰藿点船”的操 纵方法，瓣器了遮一方法豹爨璎，绘毽了定量实瑶方法，舞对采联这一 方法可熊导致的不协调避磁行动闷题进行了简单的定性分析。 瓣璐避疆决繁方法瓣辨突是簸海鼓术瓣热门涤逶，奉文麓避磁决策其 睾了襁步 的研究，螅然在存蝗方面符合海上实际工作的需要，但魁对多船谶碰决策问题和避 t 谴决策模鍪商特避步翡深久鹾究。 一- 关罐漏：黪麓避磁，避磴决策，磁攘惫险发，多麓会遴爨嚣 t 海海事大学硬 ：论文 s t u d yo nd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o d so f s h i pc o l l i s i o na v o i d a n c e 轰8 s ￥r a c t i nc a s eo fs h i pc o l l i s i o n ，t h es h i pl s s e r i o u s l yd a m a g e d 。t h eg o o d sa r e e o p a r d i z e d ，b u tt h ep e o p l ea r ek i l l e do rh o r r i b l ym u t i l a t e d ，a n de v e nt h es e ai s e x t r e m e l yp o l l u t e d 。i ti sc l e a rt h a tm o s t o fc o l l i s i o na c c i d e n t sa r ed u el a r g e l yt ot h e n a v i g a t o r sn e g l i g e n c e ，f a u l ta n da c t i o n sf a i l e dt oa b i d eb yt h ei n t e r n a t i o n a l r e g u l a t i o n sf o rp r e v e n t i n gc o l l i s i o na ts e a r e d u c i n gh u m a ne r r o r , t h e r e f o r e 。i s c r u c i a lf o rn a v i g a t i o ns a f e t y c o n s e q u e n t l y , t h er e s e a r c ho nd e c i s i o n - m a k i n go f s h i pc o l l i s i o na v o i d a n c ei sak e yi n2 1c e n t u r y t h ep a p e r , b a s e do nt h es u m m a r y a n da n a l y s i so nr e s e a r c hd o n eb e f o r e ，u s i n gq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s m e t h o d s a n da tt h ev i e wo fs u b j e c t i v er e q u i s i t i o nu n i t e dw i t ho b j e c t i v er e q u i s i t i o n h a sd o n et h ef o l l o w i n gw o r k ： t h ek n o w l e d g ei nt h ed o m a i no fs h i pc o l l i s i o na v o i d a n c ei sa n a l y z e d a n dt h ec o l l i s i o nm e c h a n i s m ，p r o c e s sa n dt a c t i ca r ef u r t h e rs t u d i e d 。 b a s e d0 1 1c o l l i s i o nr e g u l a t i o na n dq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s 。 t h r e ee n c o u n t e rs i t u a t i o n sa r es o r t e da n dc o l l i s i o na v o i d a n c ea c t i o n s i t u a t i o n sa r ef u r t h e rd i v i d e d 。 l nv i e wo ft h ed i v i s i o n so fc o l l i s i o na v o i d a n c es i t u a t i o n 。t h em o v e m e n t p a r a m e t e r so fb o t ho w n * s h i pa n dt a r g e ts h i pa r ec a l c u l a t e dc o n s i d e r i n g t h ef a c t o r so fo w n s h i p ss p e e d ，t h es p e e dr a t i oo fb o t he n c o u n t e rs h i p s a n dt h ee n c o u n t e rs i t u a t i o nt ol a yas o l i db a s i sf o rd e c i s i o n m a k i n go f s h i pc o l l i s i o na v o i d a n c e a c c o r d i n gt ot h ec o n n o t a t i o no fo e f i aa n dt e 陬c o n c e p t s t h ec o n c e p t o fc o l l i s i o nr i s ki sp u tf o r w a r d 。b yu s i n gt h ef u z z ym a t h e m a t i c st h e o r y ， t h em o d e lo fj u d g i n gc o l l i s i o nr i s ki sb u i l t ，w h i c ht a k ei n t oa c c o u n to ft h e f a c t o r ss u c ha ss h i p sm a n e u v e r a b i l i t y , v i s i b i l i t ya n ds oo n 。 b a s e do nt h ei n t e r n a t i o n a lr e g u l a t i o n sf o rp r e v e n t i n gc o l l i s i o na ts e a a n do r d i n a r ys e a m a n s h i p ，t h em u l t i - s h i pe n c o u n t e rs i t u a t i o n sh a v e b e e n c a t e g o r i z e d 。t h ew a yo f a v o i d i n gk e ys h i p h a sb e e np r o p o s e di n 占查塑皇查鲎堡主丝塞 m u l t i - s h i pe n c o u n t e rs i t u a t i o n s a n dt h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i sh a sb e e n c a r d e do u ti fn o n c o o r d i n a t e do p e r a t i o nh a sa p p e a r e dw h e n t a k i n gt h i s m e t h o d t h er e s e a r c ho nd e c i s i o n m a k i n go fs h i pc o l l i s i o na v o i d a n c ei sah o t t o p i ci n n a v i g a t i o nc i r c l e 。t h ep a p e rh a s d o n es o m ej o bi nd e c i s i o n m a k i n go fc o l l i s i o n a v o i d a n c ea n di ti si nl i n ew i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o na ts e at os o m ee x t e n t ，h o w e v e r g r e a te f f o r t sa r es t i l lb e i n gm a d et os t u d y 釉r t h e rt h em u l t i ，s h i pe n c o u n t e rs i t u a t i o n a n dt h em o d e l f o d e c i s i o n m a k i n go fc o l l i s i o na v o i d a n c e k e y w o r d s ：s h i pc o l l i s i o na v o i d a n c e ，d e c i s i o n m a k i n go fc o l l i s i o na v o i d a n c e ，r i s k o f c o l l i s i o n ，m u l t i - s h i pe n c o u n t e rs i t u a t i o n w a n gy o n g j i a n g ( m t e ) d i r e c t e db y p r o f e s s o rw a n gz h e n ga n dz h a n gj u n h a o l 论文独创性声明 本论文是我个人在导烬指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了 特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了 骞| 意。 作者煞名：可伍1y 论文使用授权声明 同期：勿一k 垃珈 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保尉送 交论文复印件，允许论文被蠢阂和借阅；学校可以上弼公布论文的全部或部分内容， 可以采用影e p 、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论文在解密稻遵守此觏定。 作者签名：曼延i ! 导师签名：r 潮：丕! 芏：! = ：! 上海海事大学硕士论文 1 i 研究的目的和意义 第一章绪论 第一，船舶避碰决策研究是国际航海学术界前沿课题。从七十年代末至今，船 舶避碰决策的研究受到国际国内航海学术界的高度重视，虽然取得了一定进展，但 仍然存在着问题，因此在“9 6 国际海上避碰会议”上曾提出，船舶自动避碰决策系 统研究是今后十年乃至二十年航海技术研究领域的主攻方向之一。 第二，船舶碰撞事故在各类水上交通事故中所占的比例仍然比较高。如何避免 船舶问发生碰撞事故是确保船舶安全航行的重要环节，是驾驶人员在航行值班中的 首要职责。众所周知，关于船舶避碰的研究已有很长的历史，虽然也取得了许多成 果，但至今为止，在海上所有交通事故中，碰撞事故数仍居首位。根据劳氏船级社 的全球事故统计“1 ，1 9 9 5 年至1 9 9 6 年共有3 6 7 艘( 1 8 0 万总吨) 的船舶完全损失， 其中3 3 的船舶是由于碰撞和搁浅而损失的，而这些船舶占损失总吨位的4 6 。另 外，根据2 0 0 0 年中国水上交通事故各种船舶事故和事故原因统计表“1 中的数据可 以发现，在所有船舶事故种类中，碰撞事故所占的比例最高。这也说明了研究船舶 避碰决策的重要性。 第三，导致事故的人为因素已引起国际航运界的广泛关注。1 9 9 5 年i m o 通过了 ，在其大会决议中明确指出：水上发生的事故，8 0 与人 为因素有关。在船舶碰撞事故中，除极少数双方无过失碰撞外，绝大多数碰撞事故 是由于人为失误所造成的。因此，研究船舶避碰过程中操船者的思维过程，提出优 化的避碰决策是很重要的。同时，i m o 的许多决议也要求并鼓励各国加强对人为因 素及控制人为失误的研究，而研究船舶避碰决策方法的目的正是为了控制避碰过程 中人为决策失误的重要方面，从根本上减少由于人为决策失误所造成的避碰事故。 第四，国际海上避碰规则对海上实际工作的指导具有一定的局限性。国际海上 避碰规则从宏观上规范了操船者的避碰行为，减少了船舶行为的不确定性和相互问 的误解，为预防和避免船舶碰撞起到了指导作用。但不得不指出的是：国际海上避 碰规则只含有原则性的条款和规定，无法针对具体问题给出具体的避碰方案，而且 船舶驾驶人员对避碰规则的理解也会因人而异。因此，对船舶避碰决策进行进一步 的研究也是非常有必要的。 第五，决策论及其他交叉学科，为船舶避碰决策研究提供了手段。本世纪出现 上海海事大学硕士论文 的控制论、信息论、系统论、决策论等学科，为人类的决策活动提供了新的思想和 方法论。电子计算机的出现又为人类的决策活动提供了定量分析的手段。另一方面， 心理学、社会心理学在研究人类决策活动的心理因素和社会因素方面也取得了重大 成就，从而为研究人类的决策过程、创新思维等课题增加了新的可能。有了上述发 展并与过去取得的成就相结合，使人们对决策活动中的人、物、机等各因素的作用， 有了较全面的认识，对复杂系统的决策进行定性、定量分析也有了各种方法和手段， 从而使决策科学逐步完善。 本选题研究的意义可归纳为： 第一，有助于船舶避碰决策系统的研究； 第二，减少或避免由于人的决策失误造成的碰撞事故： 第三，促进海上交通工程学的发展； 第四，加深对国际海上避碰规则的理解及其术语的量化研究，为海上避碰提供参考。 1 2 当前船舶避碰决策研究存在的问题 第一，在船舶碰撞危险度的评价方面所考虑的因素一般仅限于d c p a 和t c p a ， 缺乏多因素的有效综合评价。 第二，大部分参考文献，在确定本船与他船碰撞危险度、避碰时机、避让幅 度等问题时，考虑的大多是本船与他船具有相同认识情况下的结果，或完全采取客 观标准。而较少地考虑由于两船对上述问题认识不同，可能给避碰决策带来的影响。 第三，在船舶采取避碰行动衡准方面，所采取的方法也多种多样。在避碰行动 时机方面，有的以船舶领域为标准确定避碰行动时机；有的以保证两船间最小安全 会遇距离为标准“1 。因此，较合理地确定船舶采取避碰行动的衡准也是值得深入研 究的。 第四，关于多船会遇避碰决策问题还没有得到很好解决。特别是较为复杂的多 船会遇避碰决策问题，仍然是当今海上避碰的难点。 第五，关于紧迫局面的定义，已有了较为统一的认识。但对定量确定紧迫局面， 还缺乏较深入研究。 1 3 研究中采用的方法 第一，坚持继承与发展相结合的原则。船舶避碰研究取得了许多成果，其中一 些研究成果已基本得到了公认，例如船舶领域、紧迫局面的概念等。因此，本文是 上海海事大学硕士论文 在总结前人工作的基础上，提出一些自己的观点和看法。 第二，坚持主观与客观相结合的原则。为使避碰决策结果尽可能符合船舶的通 常做法，需要抽象出驾驶员的避碰思维过程，同时又要满足船舶避碰的客观要求。 第三，依据系统工程理论，坚持定性分析与定量分析相结合的原则。 1 4 本文研究的主要内容 本文主要讨论船舶避碰决策方法，如无特别说明主要是研究在宽阔水域能见度 良好情况下两船避碰决策问题。研究的主要内容包括： 船舶避碰的基本机理： 本船及他船运动参数的确定； 船舶碰撞危险度及度量： 多船会遇的避碰决策。 上海海事大学硕士论文 第二章船舶避碰基本机理 船舶避碰领域是一个既受1 9 7 2 年国际海上避碰规则的约束，同时又适用于 海员通常做法的领域。船舶避碰领域知识既包括法律性的规定又包括技术性的知 识。 自从有了船舶运输以来，人类对船舶避碰问题的研究就从未停止过。早在帆船 时代，人们就针对船舶操纵特点研究会遇时相互避碰的技术，并从碰撞事故中总结 经验教训，提出一些技术性的规则，并形成了会遇几何( 又称避碰几何) 的初步原理。 为了避免碰撞事故而造成重大人命和财产损失，同时也为了在碰撞事故发生后判定 当事双方的法律责任，各航海国家陆续制定了具有法律规范和技术规则双重性质的 海上避碰规则。由于航海的国际化，1 8 8 9 年第一个国际海上避碰规则出现并在1 9 1 0 年正式生效。随后，海上避碰研究主要是围绕对国际海上避碰规则的解释、应用和 修改进行的。随着船舶避碰设备如雷达、自动雷达标绘仪( a r p a ) 、v h f 和a 1 s ( 自动 识别系统) 等陆续安装和使用，以及人们用信息论、系统论和控制论的观点研究海 上避碰问题，船舶避碰研究的深度和广度都处在不断发展的过程之中。 船舶避碰问题的最终解决取决于对避碰机理的研究和认识。本章对船舶避碰领 域知识进行处理并对船舶避碰机理进行分析和研究。 2 1船舶避碰领域知识 2 1 1 船舶避碰过程 船舶在航行过程中，两船相遇，其避碰的一般过程主要包括以下几个方面“1 ( 如图2 1 所示) ： ( 1 ) 发现来船，搜集信息： ( 2 ) 根据情况确定安全通过距离： ( 3 ) 判断是否要采取避让行动： ( 4 ) 确定采取行动的时机； ( 5 ) 确定避让行动的方式； ( 6 ) 复航。 在上述六个部分中，发现来船、搜集信息、确定来船的运动状态等是避碰信息 的搜集和处理阶段，其余五个部分是避碰行动的决策阶段。 上海海事大学硕士论文 图2 一l 船舶避碰过程 航行值班驾驶员通过嘹望发现来船以后，收集来船的相关运动信息，并对收集 到的信息进行分析处理。随后，驾驶员判断两船是否可以安全驶过，如可以则不采 取行动，直至驶过：如不能安全通过，则驾驶员根据海上避碰规则确定两船处于何 种会遇格局并明确避让责任。如本船为让路船，则判断应采取何种避让行动；然后 进行避让操纵直至驶过让清，本船复航，一次避碰过程才算完成。 2 12 碰撞危险 碰撞危险，无论是在船舶避碰领域还是在海上交通工程领域都是一个十分重要 的概念，也是本文研究的重点内容。 国际海上避碰规则根据碰撞危险来指导船舶避碰行动；碰撞危险又决定着避碰 规则的适用时机；船舶驾驶员根据碰撞危险确定避碰行动的方式和采取这一行动的 时机；交通安全管理部门根据碰撞危险来确定应采取的措施；甚至船舶保险部门也 上海海事大学硕士论文 要考虑船舶航行中的碰撞危险”1 。 在国际海上避碰规则中多次出现“碰撞危险”( 第五、八、十二、十四、十五、 十九条) ，但规则没有给出碰撞危险明确的概念。 规则意义上的碰撞危险包括以下三个方面： 第一，如果保向保速航行，两船就会同时处于同一地点或接近同一地点，即两 船处于d c p a 较小的航向上； 第二，两船接近到一定程度： 第三，两船的行动具有不协调的可能性件。但并不要求同时具备这三个条件。 在相同环境和条件下，对于不同的船舶或不同的船员就很可能对当时是否存在 碰撞危险产生不同的理解。尽管碰撞危险的确定与众多因素有关，然而，最根本的 因素莫过于两船会遇时的d c p a 与t c p a “1 。对船舶碰撞危险度的计算是本文的另一个 研究重点，详见第四章。 2 1 3 安全会遇距离 1 9 7 2 年国际海上避碰规则第八条第4 款规定：“为避免与他船碰撞而采取 的行动，应能导致在安全的距离驶过。”这一规定说明如果两船可以在安全的距离 驶过时，可不必采取避碰的行动，也就是避碰规则将两船能否在安全的距离通过作 为判断是否需要采取避碰行动的必要条件，同时也是判断是否存在碰撞危险的必要 条件。通常认为“1 ，在大海上能见度良好、天气晴好的白天，两艘万吨级船舶的d c p a 不应少于l nm i l e ；而在天气恶劣的情况下或在夜间应保持在2 nm i l e 左右；在能见 度不良的水域中，或使用雷达进行避让，则两艘万吨级船的d c p a 也不应小于2 nm i l e 。 显然，这些数据的确定，与可航水域的宽度、能见度、天气及其海况，以及船舶的 大小诸因素均有一定的关系。 船舶安全会遇距离与船舶领域有密切联系的概念，它以船舶领域为基础，考虑 了领域边界模糊和船舶观测设备的观测误差。一般认为g o o d w i n 的观测最适宜于海 上。其观测结果为：对于本船右舷o 。1 1 2 5 。的来船，安全会遇距离设为 o 8 5 n m i l e ；对于1 1 2 5 。2 4 7 5 。的来船，安全会遇距离设为0 4 5 n m i l e ；对于 2 4 7 5 。3 6 0 。的来船，安全会遇距离设为0 7 0 n m i l e 。 2 1 4 会遇态势 会遇态势是指互见中的会遇局面或能见度不良时的态势。会遇态势的判断是确 定所适用的规则条文进而确定避让责任和应采取的行动的重要依据之一，也是自动 避碰决策的组成部分之一。 上海海事大学硕士论文 航向交叉角c 指目标航向( c 。) 与本船航向( c 。) 之差，如图2 2 所示，即 c = c 。一c 。 ( 2 - 1 ) 若a c 为负值应加上3 6 0 。舷角q 是指目标相对于本船的方位，由0 。到1 8 0 。 向右或向左计量。 本船来船 图2 2 航向交叉角和舷角 根据1 9 7 2 年国际海上避碰规则和航行灯的水平光弧及能见距离“1 ，会遇可 分为对遇、交叉相遇和追越三种类型但对应每类又有不同的会遇状态，考虑海员 通常做法，对碰撞态势一般可分为以下几类： 1 ) 对遇局面 当两艘机动船在相反的或接近相反的航向上相遇致有构成碰撞危险时的局面， 称之为对遇局面。即q 5 。，且c 在1 7 4 。1 8 6 。之间， 2 ) 右舷交叉相遇：指两船首向交叉，且目标船位于本船右舷。根据会遇角度 不同，又可分为： ( 1 ) 右舷小角度交叉相遇：目标0 4 5 。，且c 在1 8 6 。2 1 0 。之间。 ( 2 ) 右舷大角度交叉相遇：目标q 1 1 2 5 。，且c 在2 1 0 。3 6 0 。之间。 3 ) 左舷交叉相遇：指两船首向交叉，且目标船位于本船左舷，根据会遇角度 不同，又可分为： ( 1 ) 左舷小角度交叉相遇：目标q 4 5 。，且c 在1 5 0 。1 7 4 。之间。 ( 2 ) 左舷大角度交叉相遇：目标q 1 1 2 5 。，且c 在0 0 0 。1 5 0 。之间。 4 ) 追越局面：一船从他正横后大于2 2 5 。的某一方向上赶上他船时，即该船 对所追越的船所处位置，在夜间只能看见被追越船的尾灯而不能看见它的任一舷灯 时，应认为是在追越中。即目标q 1 1 2 5 ，且c 在0 。9 0 。或2 7 0 。3 6 0 。之间， 目标速度( k ) 大于本船速度( k ) 。 5 ) 被追越局面：指目标q a r c s i n ( 0 9 2 4 * k g o ) ，且c 在0 。9 0 。或2 7 0 。 3 6 0 。之间，目标速度( k ) 小于本船速度( k ) 。 上海海事大学硕士论文 2 1 5 避让责任 两船相遇致有构成碰撞危险或无法保证在安全距离上通过，相遇两船就势必采 取相应行动，以消除存在的碰撞危险或确保两船在安全会遇距离上驶过。要确保避 让行动有条不紊地进行，事先必须规定会遇两船问的避让责任。 为了明确避让责任，国际海上避碰规则对避让责任进行了阐述，对避让责任的 划分可以分为三种情况： ( 1 ) 要求一船不应妨碍另一船的安全通行： ( 2 ) 一船应给另一船让路，另一船应保速保向： ( 3 ) 要求两船均应采取避让行动，两船负有同等的避让责任和义务。 对于避让责任的划分，国际海上避碰规则主要是根据两条原则，即船舶几何关 系和船舶间的避让操纵能力。第一个原则是根据船舶间的会遇格局来划分避让责 任：第二个原则是规定操纵能力优越的船舶应给或尽可能给操纵能力差的船舶让 路。具体说来船舶之间的避让责任可归纳为下几点： ( 1 ) 无碰撞危险，则自由采取行动； ( 2 ) 存在碰撞危险，则负有避让责任； ( 3 ) 若本船为直航船，则保向保速： ( 4 ) 若本船为让路船，则采取避让行动； ( 5 ) 若本船与另一机动船左舷交叉，本船为直航船； ( 6 ) 若本船与另一机动船右舷交叉，本船为让路船： ( 7 ) 若本船为追越船，本船为让路船： ( 8 ) 若本船为被追越船，本船为直航船； ( 9 ) 对遇情况，两船负有同等避让责任； ( 1 0 ) 进入紧迫局面和危险情况，本船负有避让责任。 2 1 6 避让决策 避碰规则的第八条给出了对避让行动的总的要求和应遵循的一般原则。但是由 于海上避碰的复杂性，避碰规则无法对避让行动给出一个定量的具体要求，而只是 做出了定性的规定，这些规定可以概括为“早、大、宽、清”四个字。 “早”就是及早地行动，避免碰撞的发生是规则的最终目的，要达到这一 目的，首先就应该在尚未构成碰撞危险的情况下，尽一切努力，避免形成碰撞危险， 其次，在致有构成碰撞危险的情况下，应尽早地采取行动，以避免紧迫局面的产生。 “大”指的是大幅度的行动，避碰规则中明确指出“为避免碰撞而作的航向和 上海海事大学硕士论文 ( 或) 航速的任何变动，如当时环境许可，应大得足以使他船用视觉和雷达观察时容 易察觉到，应避免对航向和( 或) 航速作一连串的小变动”。也即是说若某船的行 动大的足以使他船用视觉和雷达观察时容易察觉到，则该行动即可视为一种“大幅 度行动”。 “宽”即宽裕的距离，在两船避让过程中，要始终保持两船处于大于安全会遇 距离，以确保船舶避让的安全。 “清”指的是驶过让清，通常是指当一船或两船在采取避让行动之后一段时间 内恢复原航向或原航速，两船仍能保持在安全的距离上驶过，并且不存在任何的碰 撞危险的这一时刻。 在海员的避碰知识结构中，避让行动的确定是与决策者的人为因素关系最密切 的一种知识，因人而异，且随会遇局面的不同而不同，没有一个固定的模式。在研 究智能避碰专家系统的过程中，必须用定量的方法来研究采取的避碰行动，综合起 来，避碰行动可分为以下十种： ( 1 ) 保向保速： ( 2 ) 符合大幅度原则的右转： ( 3 ) 向右转向与他船平行； ( 4 ) 向右转向把他船置于船尾： ( 5 ) 大角度向左转向； ( 6 ) 向左转向与他船平行； ( 7 ) 向左转向把他船置于船尾： ( 8 ) 减速； ( 9 ) 停车； ( 1 0 ) 紧急倒车。 在上述行动当中，常规行动有三种：大幅度转向，减速和保向保速。其余为应 急行动。 假定本船为机动船，能见度良好，在开阔水域中的避让行动分别为： ( 1 ) 避让行动应及早采取，一般3 海里以外： ( 2 ) 行动应大幅度，转向至少3 0 。，降速一半； ( 3 ) 通常，避让船右转或减速； ( 4 ) 当有充分的距离和时间宽裕时也可考虑左转或加速，一般距离大于6 海里， t c p a 大于1 0 分钟； ( 5 ) 在紧急情况下，首先研究大角度右转6 0 。以上或停船； ( 6 ) 如欲减速避让，宜采用立即停车： 上海海事大学硕士论文 ( 7 ) 无法确定来船航向、航速及是否存在碰撞危险，减速； ( 8 ) 来船动态不清，避让态势不明，减速： ( 9 ) 应平行追越，横距不小于0 5 海里，或过被追越船船尾； ( 1 0 ) 对遇局面，右转避让，4 海里以外行动； ( 11 ) 小角度交叉，右转过船尾； ( 1 2 ) 6 0 0 左右交叉，右转过船尾： ( 1 3 ) 正横或正横后来船，大幅度左转： ( 1 4 ) 正横或正横后来船，减速停车； ( 1 5 ) 正后船，右转： ( 1 6 ) 进入紧迫局面，直航船可以单独采取行动： ( 1 7 ) 对遇，小角度交叉，直航船右转6 0 。9 0 。； ( 1 8 ) 左舷大角度交叉，紧急停车，或直航船右转至两船平行 ( 1 9 ) 直航船应采取行动的时机：紧迫危险形成： ( 2 0 ) 紧迫危险，对遇，小角度交叉，停船，把定，拉平； ( 2 1 ) 右舷大角度交叉，左让6 0 。9 0 。或拉平； ( 2 2 ) 左舷大角度交叉，右让6 0 。9 0 。或拉平： ( 2 3 ) 本船操纵性能差，应提前行动； ( 2 4 ) 考虑行动延时，提前行动： ( 2 5 ) 考虑本船冲程和旋回圈。 2 2 碰撞过程 对碰撞过程的分析是进行正确避碰必不可少的，下面我们考虑两船m 和n 从会遇 到碰撞点的过程，如图2 3 所示。 图2 3 两船到碰撞点为止的位置变化 n 船 v 。，一jjjjj一 令。卜 !m 文 t 惴 上海海事大学硕士论文 图中： t 7 - 以最初时间为t 。时，到j 间隔的时间。 p j 一在时间为t 。时由m 船看n 船的相对位置，n 船方位f l 。，距离为r 。，则相对位置 p j = ( a j ，r j ) 。 a t - m 船在t - 时采取行动。m 船若航向为巴_ 航速为v _ 。n a ，= ( c l 。v ) 。 b j - n 船在t ，时采取行动。n 船若航向为c 。，航速为v ，n b ，= ( c ，v ) 。 由最初时间t o 到碰撞时间t 。为止两船的位置变化如下： ( 1 ) 时间t 。，两船有充分的距离，此时由本船看到目标为p 。= ( a 。，r 。) ； ( 2 ) 到下一个时间t ，由于m 船的行动a o 和n 船的行动b 。使位置有了变化，其结果， 相对位置成为p 。= ( a 。，r ) 。两船接近时，r 。 r 。 ( 3 ) 随着时间推移n t 。时，相对位置为p 。= ( a 。，r 。) 。此时，如果两船间的距离r 。 在两船安全驶过所需的间隔距离d ( 叫做安全会遇距离) 以下( r 。 = d ) ，便可能发生碰 撞。 会遇状态随时问的变化，可以看作是伴随行动a ，b 所出现的变化。把这两项要 素按时问t 。t 。，排列为： a = ( a 0 ，a ，a 。) b 。= ( b 。，b 。，b 。) 2 3 避碰原理 ( 2 2 ) ( 2 3 ) 碰撞是本船与目标问的距离r 小于安全驶过该目标所需的距离d 时的现象，要想 避免碰撞，目标的距离应总是大于d 才是正确的。 控制这种目标距离，也就是控制会遇状态。这种会遇状态，可依靠本船或目标 的行动排列( a n 或b n ) 来控制。根据这种控制方法，避碰方法可划分为下列两种“1 ： 1 ) 协调型避碰法 将a n 和b n 两方面互为对象进行控制的方法，这种方法的代表就是交通管制。 2 ) 自律型避碰法 将a n 或者b n 中的某一方面作为对象加以控制的方法，避航法是将a n 控制起来的 避碰法。 由此可见，避碰法就是通过控制本船的行动a 或者行动排列a n 使目标距离的最 小值超过安全会遇距离的避碰法，这种状态表示于图2 4 。此时要考虑目标周围的 安全会遇距离所构成的空间，在这个空间里，实线( 图中的碰撞路线) 表示目标的行 动b ( 或b n ) 造成的与时问推移同时发生的位置变化，以及本船初期计划采取行动 上海海事大学硕士论文 a ( 或a n ) 时的位置变化。 图2 4两船到碰撞点为止的位置变化 n 船 据此，本船与目标逐渐接近，到时间t n 就会到达安全会遇距离以下的位置，在 该处本船改变行动，如图中虚线所示，对与目标的距离最小值( 最近会遇距离i _ ) c p a ) 采取超过d 的路线( 图中的避碰路线) ，因此就完成了本船的控制。不言而喻，如果 目标不是一个而是多个，则有必要采取行动，使与全部目标的最近会遇距离超过安 全会遇距离。 由此可见，自律型避碰法中，在将b n 排除在外的情况下，应在下列各时点再 次决定避航行动。 2 4 碰撞事故原因及防止对策 碰撞事故分成船舶之问的碰撞和船舶与设施之间的碰撞，从目前统计结果表 明，碰撞事故的主要原因是不遵守海上避碰规则( 占4 8 ) 及嘹望不当( 占3 3 ) ，这 。些原因有单独出现的，更多的是多因素并存的。不遵守规则主要是让路船和直航船 的行动不当，在能见度不良时违反避碰规则和良好船艺的要求。 预防碰撞事故的主要对策有以下几个方面： 1 ) 船舶航行环境的改善 外界环境因素主要是指船舶航行中的外部环境。船舶航行环境中容易改善的是 交通环境，通过改善交通环境可减少潜在碰撞可能性。例如航线的设定，限定会遇 上海海事大学硕士论文 状态，整顿交通流；而交通规则的完备，可以规定各种会遇状态下的船舶行动，并 容易预测未来的行动。此外，如果旌行交通管理和管制，可以防止发生碰撞危险的 会遇状态。 2 ) 提高船舶的操纵性性能 船舶结构强度关系到船舶、人命和船上财产的安全，因此世界各国的船舶检验 机构对船舶强度方面提出了更高的要求，同时国际海事组织和各国有关方面对此非 常重视，并加强对船舶结构强度和船舶操纵性改进方面的研究，因为这是提高船舶 安全性的重要方面，比如通过增加侧推器，使船舶的操纵更灵活，在靠码头时和海 上遇险时，可紧急制动，有效地减少船舶碰撞事故的发生。 船舶避碰能力与船舶操纵性能密切相关。操纵性能不佳的船舶，即使采取变向 和变速行动，由于达到预定行动所需时间长，而必须在远距离采取避让行动。在这 种情况下，如果观测到来船的时间太晚，那么只靠本船单独的避碰行动，发生碰撞 的可能性也是相当大的。因此，如果能够改善船舶操纵性能，使得距碰撞的时间有 余量，即使采取避碰行动迟一点，碰撞的可能性也会小的多，从而减少了碰撞事故 的发生。 3 ) 改善航行技术 这点主要是针对船舶驾驶人员提出的。碰撞的主要原因，是船舶驾驶员采取的 行动不适当，这正是驾驶员技术不熟练的结果。通过提高船舶驾驶员的技术水平是 可以防止大部分碰撞事故的。要达到这点在于提高驾驶员技术水平及实现避碰自动 化。 ( 1 ) 提高驾驶员技术水平 为了使驾驶员所具有的技术达到一定水平以上，s t c w 公约中规定了最低标准。 这项条约规定了驾驶台值班的基本原则，驾驶员运用指南及驾驶员的资格条件，并 进一步规定了有关驾驶台值班的规定：“对负责航行值班驾驶员的业务指导”。虽 然s t c w 公约中有众多的指示，但并未具体地确定避碰行动必需的能力及其能力的评 价方法，这也是使驾驶员的技术水平不统一的原因。 ( 2 ) 避碰自动化 上海海事大学硕士论文 对于避碰自动化目前所指的主要是a r p a ，这是一种“自动雷达标绘系统”或是 “自动避碰( 支援) 系统”，也是以雷达信息搜集和分析为目的的装置。a r p a 以分析 过去的雷达信息为基础，引起驾驶员的注意，并可依靠本船行动的变化提前预测出 相对运动的变化。因此，a r p a 在避碰中容易使用，是一种很好的装置，但还不是可 以完全自动避碰的装置，并且对a r p a 雷达的操作错误反而有可能导致“a r p a 协助碰 撞”。 2 5 本章小结 国际海上避碰规则虽然对船舶航行相关方面做了规定，却未给出具体的避碰方 法，只能靠船舶驾驶人员的理解和自己的经验来处理。这也是为什么人为因素在碰 撞事故中所占比例高的原因之一。对船舶避碰决策方法的研究归根到底需对船舶避 碰的机理进行深入细致的研究和分析。本章的主要工作如下： ( 1 ) 结合了国际海上避碰规则，对船舶避碰领域的知识进行了分类和总结。 ( 2 ) 对船舶碰撞过程进行了分析。 ( 3 ) 对船舶避碰的原理进行了深入的讨论。 ( 4 ) 对船舶碰撞的原因进行了探讨并提出了一些对策。 上海海事大学硕士论文 第三章本船及他船运动参数的计算 在船舶避碰决策中，对本船及他船的运动参数进行计算是采取避碰行动的基础。 本章内容主要包括：( 1 ) 给出了避碰决策系统的坐标；( 2 ) 给出了船舶有关避碰参 数的计算方法：( 3 ) 分析了航向改变对d c p a 和t c p a 的影响；( 4 ) 针对当前研究中 较少考虑d c p a o 的问题，分析了来船相对方位、初始的d c p a 符号与通过本船舶首 尾的关系及t c p a o 的含义。在船舶避碰决策系统中，确定本船及他船运动参数， 是进行各种计算及判断的基础。因此，必须在一个座标系下进行相应的换算。 3 1船舶运动参数计算 设：本船s 。的地理坐标为 y t ) ，速度v t 、航向卿。则： 1 ) 本船及他船速度在x ， 。= 。= = = v oxs i n v o c o s p o s i n6 p r c o s q ) r ( x o ，y o ) 、速度v 。、航向；他船s 地理坐标为( x ， y 轴上的分量为 2 ) 他船相对运动速度 由于相对速度在x ，y 轴上分量可表示为： i = 一。 【= 一。 则相对速度大小为： 相对速度的航向为： 舻叭a n 等+ 口 r - 0 。 i f ：v o ，v 。r 0 。 其中：a = 一1 8 0 。 硷v m o ，v y r o 时， 岛= + 9 0 。一 当d c p a o 时， 岛= 一9 0 。一 注意在上述两式中可能存在3 6 0 。的问题。 3 2 目标船相互之间的运动参数 ( 3 一1 2 ) ( 3 一1 3 ) 在船舶避碰决策时，当本船需知道目标船相互之间构成的会遇局面，及预测目 标船相互之间以及受本船的影响可能采取的避碰行动时，需要对目标船之间的相互 运动参数加以计算。 设：目标1 速度巧、航向妒，、与本船距离为r ，； 设：目标2 速度：、航向p ，：、与本船距离为r ，：。 1 ) 目标船1 在x ，y 轴上的速度 f y = l s i n l 1 ，。：1 c 。s p r 2 ( 3 - 1 4 ) 2 ) 目标船2 在x 、y 轴上的速度 22 s ，i n t p ”( 3 - 1 5 ) 【2 = 2 c o s 份2 3 ) 相对于目标1 ，目标2 的相对速度 ( 1 )