基于船舶操纵控制的船桥主动避碰研究开题报告

 2021-08-14 02:08

1. 研究目的与意义(文献综述)

大量的跨江、跨海桥梁的修建很大程度为人类经济发展提供了无限的便利,但桥梁的建设又是一把“双刃剑”。因为这些水工建筑物在促进区域经济发展的时候,也给水路运输带来了诸多的安全隐患和事故风险。

下表是1942年至2007年世界范围内部分主要船桥碰撞事故导致人员伤亡的情况。

桥名

国家

发生年份

死亡人数

Chesapeake City Bridge

美国

1942

未知

SevernRiver Railway Bridge

英国

1960

5

Lake Ponchartain

美国

1964

6

General Rafael Urdaneta Bridge

委内瑞拉

1964

7

Sidney Lanier

美国

1972

10

Lake Ponchartain

美国

1974

3

温州瓯南龙港大桥

中国

1998

4

Port Isabel

美国

2001

8

Webber-Falls

美国

2002

12

Interstate 40 Highway Bridge

美国

2002

14

广东九江大桥

中国

2007

9

江苏昆山东大洋大桥

中国

2007

2

鉴于上述船桥碰撞事故频发给人命财产造成巨大损失的现状,假定船舶驾引人员驶经桥区水域时能够提前知晓船桥碰撞的风险,便能显著降低船桥碰撞事故发生的概率。为此,本项目拟构建船桥主动避碰观念,切实关注船桥碰撞事故中船舶驾引人员的主观能动性,通过研究船撞桥事故,探寻船桥碰撞事故的主要原因、建立事故原因数据库,同时基于操纵控制与视频检测实现科学实用的船桥主动避碰系统,为船舶驾引人员在复杂桥区水域安全操控船舶提供技术支持、为海事监管部门应急决策提供科学依据和理论支撑。

针对船桥碰撞问题,近30年来,国内外学者主要从以下几个方面展开了相关研究工作:

船桥碰撞的力学研究,主要关注船桥碰撞的力学机理及计算方法;

船撞桥风险分析,主要侧重于船撞桥的概率、碰撞后果的评估及确定碰撞风险准则等方面的研究;

船撞桥事故研究,探究船桥碰撞事故的原因、构建船桥碰撞事故数据库;

桥墩防撞装置的设计研究。

上述研究工作主要聚焦在船舶碰撞桥梁风险模型研究、桥梁防船碰撞装置的设计研究两方面。

(1)船舶碰撞桥梁风险研究

该研究通过统计分析法、模型试验或实船试验以及数学模型加实际校验等方法对船撞桥的概率问题进行研究。

(2)桥墩防撞装置研究现状

针对桥墩的防护装置,经过多年的研究应用,世界上已有多种类型的桥墩防护装置,其基本原理都是基于能量吸收、动量缓冲而设计的。随着桥梁设计理论的发展完善,桥梁防护装置已成为桥梁整体结构的一部分,现在的许多大桥在其方案设计阶段就考虑到了桥梁防撞保护问题。防护装置的设计需要考虑桥墩的自身抗撞能力、桥墩的位置、桥墩的外形、水流的速度、水位变化情况、通航船舶的类型、碰撞速度等因素。

但迄今为止,这些研究工作和所取得成果基本上都是从碰撞事故发生后被动防护的角度出发,而不是从事故的致因、以主动预防为目的出发的来研究船桥碰撞问题。所以,船桥碰撞所带来的安全问题从根本上没得到解决,导致船桥碰撞事故时有发生。

因此,我们需要基于分析船桥碰撞事故发生的主要原因,研究一种通过驾驶人员视觉判断和船舶操纵知识相结合的直观、主动并能对桥区船舶航迹进行预警、预报的一种航行安全保障的系统。这是本项目研究的关键。

2. 研究的基本内容与方案

1)研究目标

通过在桥区假设摄像头获取船舶运动监控视频。运用图像预处理,图像监控等手段预计和模拟船舶未来的运动态势,分析与桥梁碰撞的风险,给予操船人员指示和帮助。

2)研究内容

本项目拟从已有的船桥碰撞事故出发,分析碰撞发生的原因,并建立有序(根据事故发生原因频率的高低)的碰撞原因数据库,通过船舶操纵控制建模与计算机视频监控技术,用计算机建模,开展基于船舶操纵控制推理与视频信号检测的船舶桥梁主动防撞预报系统与安全操纵模型研究。内容如下:

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3. 研究计划与安排

1.2月17日-3月10日,查阅相关文献资料,并联系导师,编写开题报告,确定毕业论文的大体内容框架和研究方向。

2.3月11日-4月15日,根据导师意见进一步修正和确定论文方向和具体内容。另外,完成20000个字符的英文文献翻译。

3.4月16日-5月12日,按任务书要求开始论文撰写,进一步完成论文撰写的技术环节,查阅文献,充实内容,保持与指导教师的联系,在此期间完成论文初稿。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] gan l x, zou z j, hai-xiang x u. calculation and analysis of the hydrodynamic forces on a ship navigating in bridge area[j]. chuan bo li xue/journal of ship mechanics, 2014, 18(6):613-622.

[2] chen h t, pan h j, yao x q. collision-proof warning system for sea-cross bridge[j]. advances in intelligent soft computing, 2012, 133:813-818.

[3]haq izhar,anwar shahzad,shah kamran,khan muhammad tahir,shah shaukat ali. fuzzy logic based edge detection in smooth and noisy clinical images.[j]. plos one,2015,109:.

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