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考虑台风不确定性的船舶避台方案设计
| 论文题名： | 考虑台风不确定性的船舶避台方案设计 |
| 关键词： | 船舶航行;避台方案;路径规划;A*算法;人工势场 |
| 摘要： | 在世界经济全球化的大环境下，随着海上交通规模的快速增长，航运业有了巨大的发展，但随着发展的同时，船舶在航行过程中所面临的安全问题也渐渐地显现出来。在大洋中航行的船舶将会面临到方方面面的威胁，这些威胁轻则导致船舶延误、货物受损，重则导致船毁人亡，而船舶在航行时面临的威胁之一就是来自恶劣气象的威胁，恶劣气象又以台风其破坏力强、难以准确预测的特点最为凶险。因此，为了减小船舶在海上航行时来自于台风的高风险威胁，本文对船舶在航行中如何安全避让台风展开了研究。 本文尝试通过设计避台方案来解决船舶在海上航行时所面临的台风问题，利用本文设计的避台方案来规划合理的避台路径躲避台风，保障船舶安全航行。通过研究，本文设计了一种兼顾全局避台方案与局部避台方案的整体避台路径设计方案。在全局避台方案中，本文采取了A*算法并加以改进，一方面考虑了船舶受到风浪影响下的燃油消耗造成航行成本的变化，另一方面提高了A*算法的适应性与效率。在局部避台方案中，本文采取了人工势场法（APF）并对其效率与适应性进行相关改进，经过改进的APF不仅尝试解决了在传统APF中所存在的局部极小值与目标不可达的缺陷，而且对台风预报随时间发展而产生的不确定性，即对气象因素的不确定性进行了考虑，并引入信息熵来解决气象因素的不确定性的问题。最终，通过全局避台方案与局部避台方案的共同作用，预期能够为航行中的船舶提供一条在安全上可靠、在成本上可接受的避台方案。 本文在避台方案设计完成后，以某台风的实际运动轨迹与数据，结合船舶航行性能等数据进行避台方案实验。从实验结果来看，某散货船能够根据本文所设计的避台方案进行避台航路设计，并且，从实验路径来看最终航行结果安全，从方案对比来看航行成本可以接受。在船舶避台路径实验数据分析中可以看到，船舶在按照避台方案路径航行过程中，其全程所面临的风级与浪高均在安全的水平以内，证明了本文所设计避台方案能够为船舶航行提供安全合理的路径。因此，本文所设计的避台方案能够在船舶即将遭受到台风影响时，并且台风预报存在不确定性的情况下，能够设计出一条避台路径。该避台路径能够在保障经济性与安全性的基础上正常航行，对于实际船舶航行应用而言，能够为船舶航行安全提供新的参考。 |
| 作者： | 王冠卓 |
| 专业： | 物流工程 |
| 导师： | 王军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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