基于自动识别系统的船舶避碰专家决策系统应用研究与实现

论文摘要

国际海事组织、国际航标协会、有关国家和地区的海事管理部门以及航海学术界对船舶避碰规则及自动识别系统标准的研究和颁布,为解决全球船舶导航领域避碰决策规则的统一性、船舶间的相互识别以及信息互通提供了重要的机制和技术。但是,在目前的船舶导航中,由船舶驾驶员参与船舶间碰撞危险度估计、避碰决策建议以及操船避碰,造成了许多由人为因素引起的海难事故。本文在分析了世界航海导航领域的现状、实际需求和发展趋势后,以AIS（Automatic Identification System）为数据平台,以人工智能及专家系统的相关知识为指导,设计了基于AIS的船舶避碰专家决策系统,使船舶在不需要人为干预的情况下实现船舶间的智能避碰。AIS数据的提取与转化是该专家系统的核心之一。将AIS串口输出的数据包解析并格式化后,作为专家系统工作的基础数据。在此基础上,专家系统评估船舶间的危险度、确定船舶间会遇局面及避碰决策建议,从而解决了长期困绕船舶避碰的两个问题:第一,用于避碰决策的数据准确性和及时性问题;第二,解决了在船舶安全领域内船舶间信息交流和操船意图互通性问题。船舶避碰专家决策系统以船舶避碰领域知识库、规则库为中心,推理机为重点展开分析与设计。知识库和规则库均以国际海事组织、国际航标协会颁布的船舶避碰规则为参考,具有最大范围的统一性和权威性,并采用静态存储模式,提高系统可靠性。系统动态数据库记录或更新实时变化的船舶动态信息。另外,系统逻辑结构与推理机的设计也充分考虑了可靠性和准确性两方面要求。AIS数据转化,船舶间危险度判断,会遇局面确定,避碰决策建议是船舶避碰专家系统关键模块。本文在最后设计了船舶避碰专家决策系统中的关键数据结构和关键子模块程序流程图。并在装有redhat-linux9.0的PC机环境下用C语言编写了系统关键模块代码,仿真基于AIS的船舶避碰专家决策系统的工作,其避碰决策符合《国际海上人命安全公约》,证明了该系统具有一定的科学性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 项目背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 船舶避碰决策系统
• 1.2.2 自动识别技术
• 1.3 本学位论文的主要工作及创新点
• 1.4 论文结构
• 第二章 自动识别系统技术
• 2.1 AIS系统结构及功能
• 2.1.1 AIS系统结构
• 2.1.2 AIS系统功能
• 2.2 AIS系统关键技术
• 2.2.1 SOTDMA技术
• 2.2.2 DSC技术
• 2.2.3 GMSK技术
• 2.3 AIS系统工作原理
• 2.3.1 广播式转发器原理
• 2.3.2 时分多址原理
• 2.3.3 自组织原理
• 2.4 AIS数据报
• 2.4.1 数据报内容
• 2.4.2 信息理解
• 2.4.3 解析技术
• 2.5 运动参数计算
• 2.6 小结
• 第三章 专家系统简介
• 3.1 专家系统基本概念
• 3.2 专家系统基本结构
• 3.3 专家系统分类
• 3.4 专家系统应用
• 3.5 小结
• 第四章 船舶避碰专家决策系统分析与设计
• 4.1 系统设计目标
• 4.2 系统需求分析
• 4.2.1 功能需求
• 4.2.2 其它需求
• 4.3 船舶碰撞危险度分析
• 4.3.1 碰撞危险度及划分
• 4.3.2 空间碰撞危险度
• 4.3.3 时间碰撞危险度
• 4.3.4 碰撞危险度模型
• 4.4 系统决策过程及结构
• 4.4.1 系统决策过程
• 4.4.2 系统结构
• 4.5 系统知识库及规则库
• 4.5.1 知识及规则参考标准
• 4.5.2 知识库及规则库设计
• 4.6 系统推理机
• 4.7 小结
• 第五章 基于AIS的船舶避碰专家决策系统实现与仿真
• 5.1 系统工作基础数据
• 5.2 运动参数计算子程序
• 5.3 AIS播发新信息避碰行动判断子程序
• 5.4 避碰局面及行动判断子程序
• 5.5 输出界面子程序
• 5.6 主控程序
• 5.7 专家系统仿真
• 5.8 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学校期间的研究成果