船舶变速避让行动与时机的确定

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变速避让行动与时机曲线图
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化率， 单位取 “ 9 : ;” ! 2* 、 ’ &
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大连海事大学学报
第 !" 卷
线弯曲处找到最佳变速时机对应的到目标船的距 离! 用到目标船的距离表示避让时机对于航海人 员来说， 是最方便不过的了 ! 只是这里说的距离不 像船舶领域那样死板和抽象， 也没有笼统地定义 出应该在 ! ! " # $%&’ 或 ( ) " # $%&’ 处采取避让行 动 ! 应该说， 对于不同类型的来船以及和本船形成 的不同会遇态势， 这个避让行动时机是变化的， 也 符合航海实际情况 ! 本文给出的正是这个变速避 让时机和行动大小 !
文章编号： （)""*） #""./00!. "#/"")./"!
船舶变速避让行动与时机的确定 "
毕修颖#， 贾传荧)， 吴兆麟#
##.").； 辽宁 大连 ) ’ 大连海事大学 航海动态仿真与控制交通部重点实验室， （# ’ 大连海事大学 航海学院， 辽宁 大连 ##.").）
摘要： 船舶机动航行时， 经常利用改变速度的方法避让目标船 ’ 其中， 涉及到避让行动的大小和避让时机的
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从图 * 可看出， 采取变速避让行动的有利时
图! 船舶减速避让相对运动图
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机在曲线的 “弯曲处” ， 过早行动没有必要， 距离减 少 & ! ! ) /012 时航速改变量的变化值很小， 也不符 合驾驶员的避让心理与实践 ! 过晚行动显得被动， 距离减少 & ! ! ) /012 时航速改变量的变化值却很 大， 也就是说， 避让行动的代价大， 容易造成紧迫 局面， 导致船舶碰撞 ! 这个变速时机用到目标船的 距离可以简单地表示出来， 改变速度的大小也能 同时给出 ! 于是简单方便地确定了本让路船变速 避让的时机和改变速度的大小 ! 具体应该在曲线 “弯曲处” 的那一点采取避让行动， 完全可以根据 实际的航行环境和会遇态势以及驾驶员的操船水 平和船舶性能用航速改变率表示出来 ! 于是， 最佳 变速避让点的确定就是使航速改变率为某一个值 或某一段值的点 !
第 !" 卷
第#期
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大 连 海 事 大 学 学 报 !"#$%&’ "( )&’*&% +&$*,*-. /%*0.$1*,2
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设本船的速度和航向分别为 * & & !’ ! & () 和 目标船的速度和航向分别为 * ! & *+ ! & +& & &, ， () 和 +! & *,&, ，到 目 标 船 的 距 离 为 ’ - & 方位为 - & ’’, ! 那么， 变速避让行动 . ! & ) /012， 与时机曲线如图 * 所示 ! 曲线上 的 圆 点 是 航 速 改 变 率 为 ! ! & () : & 8 ! ) /012 的 点， 取 最 小 安 全 会 遇 距 离 ’ %#$ & 则距离目标船 ’# & 3 ! ! ) /012 ! ! & ) /012 通过， 时， 减少的速度 !* & 3 ! ! () 就可以满足要求 ! 不过实际上， 目前绝大多数船舶都不可能连 续改变船舶的速度， 比如不同的船舶从 “前进 +” 到 “前进 !” ， 降低的速度是不同的 ! 这时可根据船 舶操纵性能表， 从可以改变航速的大小出发， 在曲
既可以直接指导船舶海上避碰实践， 也是确定船 舶碰撞危险度的基础 ) 驾驶员对船舶的会遇过程 有了图形上的感性认识后， 会对整个会遇过程的 感受有一个清楚的理解， 即前面一段时间的 “松懈 感” 和后面一段时间的 “紧张感” ， 只有中间一小段 时间是最有利的避碰行动时机 ) 因此， 最佳避碰行 动时机不是具体确定在哪一点上， 而是在某个时 间段上 ) 从图 * 中看到， 在整个会遇过程中的不同 阶段， 目标船对我船的威胁程度是不一样的 )
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设本船的速度和航向分别为 * & & !’ ! & () 和 目标船的速度和航向分别为 * ! & *+ ! & + & & &, ， () 和 +! & *,&, ，到 目 标 船 的 距 离 为 ’ - & 真方位为 - & ’’, ! . ! & ) /012， 那么， 本船相对于目标船的速度 * &! & *+ ! ! 相对航向 + &! & ’, ! 3, ， 最近会遇距离 ’ "#$ & . ()， 到达最近会遇距离处的时间 / "#$ & & ! + ) /012， !+ ! & /0) ! 本船减速的大小 !* 和减速后相对于目 标船的速度 * &+ 分别为
本船为让路船， 只改变速度后相对速度和相 对航向的变化如图 * 所示 ! 取最小安全会遇距离如 ’ 7%#$ & & ! . ) /012、 根据公式 （.） 和 （’） ， 作本 ! 8 & ) /012 和 * 8 & ) /012， 船速度改变随距离变化的曲线， 如图 * 所示 ! 图中 纵轴表示到目标船的距离， 横轴表示变速避让幅 度的大小 ! 随着目标船的接近， 我船减速避让的幅 度不断增大 ! 为了表示出这种减速幅度的变化情 况， 定义航速改变率 ! 定义 !： 航速改变率表示在图 * 某条最小安全 会遇距离曲线上， 航速的改变对于相对距离的变
问题 ’ 过早行动没有必要， 也不符合船长和驾驶员的避碰心理， 过晚行动会产生船舶之间的不协调行动和碰撞 结果 ’ 为此， 从船舶变速避让行动数学模型出发， 给出了确定船舶最佳避让时机和行动的方法 ’ 避让时机用到 目标船的距离表示， 避让行动利用船舶改变速度的大小表示 ’ 因而， 对避碰规则中的 “早、 大、 宽” 给出了定量的 概念， 避免了无谓的精神负担， 符合驾驶员的避碰心理 ’ 使驾驶员在采取避让行动时能够预知避让结果， 做到 心中有数 ’
关键词： 船舶； 避让时机； 避让行动； 数学模型 中图分类号： 1.02 ’ 3.
文献标识码： 4
"
引
言 # 船舶变速避让数学模型
设本船的速度和航向分别为 ! " 和 "" ， 目标船 的速度和航向分别为 ! # 和 "# ， 方位为 # ， 距离为 那么， 本船相对于目标船的速度 （ ! "#）和航向 $ 5， （ ""#） 以及最近会遇距离 （ $ 674）和到达最近会遇
［.， 0］ 距离处的时间 （ % 674） 分别为 ) #)) （ "" ( "#） ］ （#） ! "# &［ ! ) " ’ ! # ( ) ! " ! # 8%9 # ""# & "" ’ 8%9 (［
海上船舶碰撞事故主要来自人为因素， 表现 在对船舶运动趋势和碰撞危险估计不清 ’ 其后果 极大地威胁人们的生命和财产的安全， 也给生态 环境带来灾害 ’ 如何避免船舶碰撞， 以及在采取避 让行动时如何确定最佳避让时机和最佳避让行动 一直是航海人员最关心的问题 《 ’ #30) 年国际海 上避碰规则》 要求 “及早、 大幅度转向” 和 “及时把 船停住” ， 驾驶员在遵守避碰规则的同时也不断地 量化 “规则” ， 得出经验的避让标准 ’ 国内外航海学
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［#， )］ 者对这一问题作过深入细致的研究 ， 如根据 ［!］ ［*］ 方位和距离资料 、 雷达避让操纵图 、 基于模糊 ［2］ 决策表确定避让时机 ’ 这些结果都只是从统计
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结束语
以上给出的船舶变速避碰行动与时机曲线图
参
考
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文
献：
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* （ * & 0 !* ） * &+ & ") &［ . ** ! 0 !1* （ （ +& 0 +!） ］ （.） * * & 0 !* ） * ! 456 * * !1* （ ］ !* & %) &［ * &! . * &+ 0 * * &! * &+ 456 "* 0 "!） （’）
源自文库
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船舶变速避让数学模型的应用
)""!/"*/)"> " 收稿日期： 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （."#0)"**） ’ 作者简介： 毕修颖 （#3.2/） ， 男， 辽宁昌图人， 副教授 ’
第!期
毕修颖， 等： 船舶变速避让行动与时机的确定
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挤水域或者在狭窄水道航行时， 经常采取变速避 让目标船 ! 如图 ! 所示， " 和 # 分别表示本船和目 标船的位置， 表示 $# 表示真北方向， #% & ’ "#$， 最近会遇距离， 表示安全会遇距离， #( & ’ %#$， 表示本船变速避让时航速的改变量 ! %) & !* ，
的角度给出一般的的行动规范 ’ 本文就是在前人 的基础上， 从让路船的角度出发， 就变速避让行为 和避让时机的问题作进一步的研究 ’
根据当时的环境和条件设置最小安全会遇距离 比如 $ <74 & " , ! ; =:&, 或 # ’ " ; =:&, , 当 $ 674 $ <74， 作为让路船的本船应该及时采取行 - $ <74 时， 动 , 根据船舶操纵性能和海上操船习惯， 船舶在拥