由於船舶運行環境的複雜性，為了使船舶能順利的到達目的地，需要進行船舶避障控制。船舶避障控制，就是根據船舶擁有的各種感官器件，對外界阻礙到船舶運動方向的障礙作出各種躲避的動作，並繼續打斷前的動作。船舶避障主要解決三類問題：1.有哪些類型的障礙？2.怎么定位障礙?3.怎么躲避?其中船舶避障控制主要立足於船舶避障中的第三類問題，即尋求有效的船舶避障控制算法儘可能快速有效地躲避障礙物。
基本介紹
- 中文名：船舶避障控制
- 外文名：obstacle avoidance controlof ships
- 領域：船舶運動控制
- 專業：海洋工程
- 方法：人工勢場法、模糊邏輯法等
- 難點：動態障礙的船舶避障控制
必要性,避障方法,1.人工勢場避障控制法,2.模糊邏輯控制避障法,3.人工神經網路避障控制法,4.柵格法避障控制法,5.雷射雷達避障控制法,
必要性
不論是在開採海洋資源方面還是在海上運輸方面，船舶均需在海上航行才能完成任務。當船舶在水面上航行時發生的與其他船舶、各種固定物體或者浮動物體之間都有可能發生碰撞，而這種碰撞將可能導致人身傷亡或者財產損失。因此，各個船舶之間的避碰以及對周圍障礙物的避障，已經成為船舶完成任務過程中的一個極其重要的環節。
海上船舶碰撞事故的原因可以分愉境滲為以下兩個方面:
1.意外原因的碰撞
意外原因引起的碰撞是指船員己盡到謹慎責任、無違章，並充分運用了良好的駕駛技術，仍不可避免船舶碰撞的發生。例如:不可抗力的自然環境或者惡劣的自然天氣。
2.人為原因
由於人的自身原因而導致的船舶碰撞。比如:船員因持續性的工作造成身體和精神疲勞，以至於船舶航行時，駕駛員因精神不集中，而造成的船舶碰撞，或者駕駛員因不良習慣而違背嚴格且安全的避碰規則和船舶管理的規章制度等。
只有對障礙物或者其他船舶觀察清楚之後，然後選擇恰當的船舶避障措施，才能有效地避障。
避障方法
在避障領域，由很多方法融合處理多種感測器信息，讓船舶實現完美避障，比如人工勢場法避障控制法、模糊邏輯控制避障控制法、人工神經網路避障控制法、柵格法避障控制法以及聲波避障控制法等。
1.人工勢場避障控制法
人工勢場避障控制法，是一種比較簡單又新穎的做法，是另一種仿生學，仿照物理學中電勢和電場力的概念，建立船舶作空間中的虛擬勢場，按照虛擬勢場力方向，歡榜和實現局部路徑規劃。通過構造目標位姿引力場和障礙物周圍斥力場共同作用的人工勢場，來搜尋勢函式的下降方向，然後尋找無碰撞路徑。
人工勢場避障控制法對於簡單環境很有效，在動態避障控制中，人工勢場法避障控制不是很理想。因為在複雜的多障礙環境中，不合理的勢場數學方程容易產生局碑騙寒部極值點，導致船舶未到達目標就停止運動，或者產生振盪、擺動等現象。另外，傳統的人工勢場法著眼於得到一條能夠避障的可乃灶朵察行路徑，還沒有研究出什麼最優路徑。
2.模糊邏輯控制避障法
模糊邏輯控制避障法出現得並不晚，1965年美國的一位教授就提出過模糊邏輯的概念。1974年，英國倫敦大學一位教授利用模糊控制語句組成的模糊控制器控制鍋爐和氣輪機的運行獲得成功，開始將模糊數學套用於自動控制領域，包括船舶運動領域。
由於不必創建可分析的環境模型，目前模糊邏輯方法在解決船舶避開障礙物問題上己經有了大量的研究工作。另一個獨特優點也讓用專家知識調整規則成為可能，因為規則庫的每條規則具有明確的物理意義。
在模糊邏輯控制避障法中，模糊控制規則是模糊控制的核心。當前研究工作的新趨勢之一是它的漸增本質，特別是在模糊控制規則的自動生成方面，即連同自動模糊數據獲取，給予算法線上模糊規則學習能力，數據獲取和規則生成均自動執行。
3.人工神經網路避障控制法
人工神經網路是由許多單元（又稱神經元），按照一定的拓撲結構相互連線而成的一種翻地霉具有並行計算能力的網路系統，它具有較強的非線性擬合能力和多輸入多輸出同時處理的能力。用在船舶上，就是通過模擬人腦神經網路處理信息的方式，從另一個研究角度來獲取具有人腦那樣的信息處理能力。
對於船舶來說，採用人工神經網路進行信息融合有一個最大優勢，即可大規模地並行處理和分散式信息存儲，具有良好的自適應、自組織性，以及很強的學習功能、聯想功能和容錯功能，接近人腦的信息處理模式。
4.柵格法避障控制法
柵格法避障控制法屬於用啟發式算法在單元中搜尋安全路徑。賦予每個柵格一個通行因子後，路徑規劃問題就變成在柵格網上尋求兩個柵格節點間的最優路徑問題。搜尋過程多採用四叉樹或八叉樹表示工作空間。
柵格法以基本元素為最小柵格粒度，將地圖進行柵格劃分，比如基本元素位於自由區取值為0，處在障礙物區或包含障礙物區為1，直到每個區域中所包含的基本單元全為0或全為1，這樣在計算機中就較容易建立一幅可用於路徑規劃的地圖。
柵格粒度越小，障礙物的表示會越精確，也就更好避障。但往往會占用大量的儲存空間，而且算法也將按指數增加。
5.雷射雷達避障控制法
近年來，雷射雷達在船舶導航中的套用日益增多。這主要是由於基於雷射的距離測量技術具有很多優點，特別是其具有較高的精棄擊度。
雷射雷達與其它距離感測器相比，能夠同時考慮精度要求和速度要求，這一點特別適用於船舶領域。此外，雷射雷達不僅可以在有環境光的情況下工作，也可以在黑暗中工作，而且在黑暗中測量效果更好。不過，該感測器也有一些相應的缺點，比如安裝精度要求高、價格比較昂貴符重跨促等。
在模糊邏輯控制避障法中，模糊控制規則是模糊控制的核心。當前研究工作的新趨勢之一是它的漸增本質，特別是在模糊控制規則的自動生成方面，即連同自動模糊數據獲取，給予算法線上模糊規則學習能力，數據獲取和規則生成均自動執行。
3.人工神經網路避障控制法
人工神經網路是由許多單元（又稱神經元），按照一定的拓撲結構相互連線而成的一種具有並行計算能力的網路系統，它具有較強的非線性擬合能力和多輸入多輸出同時處理的能力。用在船舶上，就是通過模擬人腦神經網路處理信息的方式，從另一個研究角度來獲取具有人腦那樣的信息處理能力。
對於船舶來說，採用人工神經網路進行信息融合有一個最大優勢，即可大規模地並行處理和分散式信息存儲，具有良好的自適應、自組織性，以及很強的學習功能、聯想功能和容錯功能，接近人腦的信息處理模式。
4.柵格法避障控制法
柵格法避障控制法屬於用啟發式算法在單元中搜尋安全路徑。賦予每個柵格一個通行因子後，路徑規劃問題就變成在柵格網上尋求兩個柵格節點間的最優路徑問題。搜尋過程多採用四叉樹或八叉樹表示工作空間。
柵格法以基本元素為最小柵格粒度，將地圖進行柵格劃分，比如基本元素位於自由區取值為0，處在障礙物區或包含障礙物區為1，直到每個區域中所包含的基本單元全為0或全為1，這樣在計算機中就較容易建立一幅可用於路徑規劃的地圖。
柵格粒度越小，障礙物的表示會越精確，也就更好避障。但往往會占用大量的儲存空間，而且算法也將按指數增加。
5.雷射雷達避障控制法
近年來，雷射雷達在船舶導航中的套用日益增多。這主要是由於基於雷射的距離測量技術具有很多優點，特別是其具有較高的精度。
雷射雷達與其它距離感測器相比，能夠同時考慮精度要求和速度要求，這一點特別適用於船舶領域。此外，雷射雷達不僅可以在有環境光的情況下工作，也可以在黑暗中工作，而且在黑暗中測量效果更好。不過，該感測器也有一些相應的缺點，比如安裝精度要求高、價格比較昂貴等。
