基于视觉信息感知与操纵知识推理的桥区船舶航行安全研究

大量跨江、跨海大桥建成投入使用给桥区船、桥带来了严峻的安全问题。本项目拟应用计算机视觉、信息处理、模式识别与人工智能、船舶操纵运动等理论和方法，以主动预防为目的，从船－桥避碰入手，研究船舶在桥区复杂环境条件下的航行安全问题。主要研究工作包括：采用阈值法、支持向量机等方法，实现从视觉信息中智能地对桥区船舶进行检测、识别和运动跟踪；在桥区通航安全研究中首次提出态势评估与威胁估计的思想，采用D-S证据理论对桥区船舶运动态势进行评估，采用模糊多属性决策方法对船－桥碰撞的威胁进行估计；运用船舶操纵运动知识，采用基于直觉模糊推理的方法对船舶航迹进行推理预报，提出船舶航迹控制与应急策略，实现船－桥避碰。通过本项目的研究，自主建立桥区复杂环境条件下的船舶安全航行数学模型，为指导桥区船舶驾驶人员操纵控制和桥区通航安全管理部门应急决策提供科学依据，为开发桥区船舶安全通航辅助系统提供理论基础。

本项目基于学科交叉融合的思想，应用计算机视觉、信息处理、船舶操纵运动等理论和方法，以主动预防为目的，从船－桥避碰入手，研究了船舶在桥区复杂环境条件下的航行安全问题。本项目完成的主要研究工作包括：（1）智能地从视频信息中对桥区船舶进行检测、识别和运动跟踪；（2）船舶运动态势参数提取和船-桥碰撞风险预测与避碰决策研究；（3）桥区船舶航行所受环境力计算及其对船舶操纵性能的影响分析；（4）船与桥墩碰撞力计算及风险评估；（5）船-桥避碰计算机仿真研究；（6）船-桥避碰监测预警系统设计与实现。在本项目执行期内，项目组成员围绕项目申报书中的研究内容和研究目标，认真开展了相关研究，提出了一种桥区复杂环境条件下的船－桥避碰模型，并结合工程实际需求，应用提出的模型开发了一套船-桥避碰监测预警系统，仿真及现场实验结果验证了该模型的有效性，较好地完成了项目计划任务，取得了预期成果。在本项目的资助下，项目组成员已在国内外学术刊物上发表相关论文10篇，其中EI收录5篇、ISTP收录1篇，并计划于2013年将开发的“智能船-桥避碰监测预警系统”进行计算机软件著作权登记申请；2 名青年教师的研究条件得到了改善，专业技术职称由讲师升为了副教授；1 名博士研究生以本项目的研究内容为博士论文的选题，并在该项目的资助下于2012年12月顺利毕业了，3名硕士研究生参与了该项目的研究；7人次参加了国际学术交流会议。通过本项目的研究，将信息技术与船舶操纵运动知识相结合，自主研究得到了一种桥区复杂环境条件下的船－桥避碰模型，为指导桥区船舶驾驶人员操纵控制和桥区通航安全管理部门应急决策提供了科学依据，为开发桥区船舶安全通航辅助系统提供了理论基础。