Ship domain model for multi-ship collision avoidance decision-making with COLREGs based on artificial potential field

• Autorzy: Wang T.F. , Yan X.P. , Wang Y. , Wu Q.

Identyfikatory

DOI

10.12716/1001.11.01.09

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A multi-ship collision avoidance decision-making and path planning formulation is studied in a distributed way. This paper proposes a complete set of solutions for multi-ship collision avoidance in intelligent navigation, by using a top-to-bottom organization to structure the system. The system is designed with two layers: the collision avoidance decision-making and the path planning. Under the general requirements of the International Regulations for Preventing Collisions at Sea (COLREGs), the performance of distributed path planning decision-making for anti-collision is analyzed for both give-way and stand-on ships situations, including the emergency actions taken by the stand-on ship in case of the give-way ship’s fault of collision avoidance measures. The Artificial Potential Field method(APF) is used for the path planning in details. The developed APF method combined with the model of ship domain takes the target ships’ speed and course in-to account, so that it can judge the moving characteristics of obstacles more accurately. Simulation results indicate that the system proposed can work effectiveness.

Słowa kluczowe

EN

ship domain; ship domain model; collision avoidance; colregs; Artificial Potential Field (AFP); decision-making; Predicted Area of Danger (PAD); Closest Point of Approach (CPA)

• Wydawca: Faculty of Navigation, Gdynia Maritime University
• Czasopismo: TransNav : International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 11, no. 1
• Strony: 85--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wang T.F.

• Wuhan University of Technology, Wuhan, China
• National Engineering Research Center for Water Transport Safety, Wuhan, China

autor

Yan X.P.

• Wuhan University of Technology, Wuhan, China
• National Engineering Research Center for Water Transport Safety, Wuhan, China

autor

Wang Y.

• Wuhan University of Technology, Wuhan, China
• National Engineering Research Center for Water Transport Safety, Wuhan, China

autor

Wu Q.

• Wuhan University of Technology, Wuhan, China

Bibliografia

• 1 Dongzhi, M. A., Y. A. N. Xinping, Z. Jiangbin and Z. Tao  (2014). ʺRemote Acquisition and Transmission System of  Vessel  Energy  Efficiency  Information.ʺ  Journal  of  Transport  Information  and  Safety  32(4):  92‐96,107.(In  Chinese)
• 2 Hansen, M. G., T. K. Jensen, T. Lehn‐Schiøler, K. Melchild,  F. M. Rasmussen and F. Ennemark (2013). ʺEmpirical  ship domain based on AIS data.ʺ Journal of Navigation  66(06): 931‐940.
• 3 Jian, L. U., Z. Wenjun, Y. Haifei and J. Jun (2014). ʺAnalysis  of  Rear‐end  Risk  Based  on  the  Indicator  of  Time  to  Collision.ʺ  Journal  of  Transport  Information  and  Safety  32(5): 58‐64,76. (In Chinese)
• 4 Lee, S.‐M., K.‐Y. Kwon and J. Joh (2004). ʺA fuzzy logic for  autonomous  navigation  of  marine  vehicles  satisfying  COLREG  guidelines.ʺ  International  Journal  of  Control  Automation and Systems 2: 171‐181.
• 5 Lingling,  L.  I.  and  Q.  I.  U.  Lei  (2014). ʺVessel  Traffic  Accident Forecasting Using a Combination Gray Neural  Network  Model.ʺ  Journal  of  Transport  Information  and  Safety (3): 110‐113,118. (In Chinese)
• 6 Liu, Y., W. Liu, S. Rui and B. Richard (2015). ʺPredictive  navigation of unmanned surface vehicles in a dynamic  maritime  environment  when  using  the  fast  marching  method.ʺ International Journal of Adaptive Control & Signal  Processing.
• 7 Perera, L. P., J. P. Carvalho and C. G. Soares (2011). ʺFuzzy  logic  based  decision  making  system  for  collision  avoidance  of  ocean  navigation  under critical collision  conditions.ʺ  Journal  of  Marine  Science  and  Technology  16(1): 84‐99. 
• 8 Pietrzykowski, Z. and J. Uriasz (2009). ʺThe ship domain–a  criterion of navigational safety assessment in an open  sea area.ʺ Journal of Navigation 62(01): 93‐108
• 9 Rui,  S.,  Y.  Liu  and  R.  Bucknall  (2015). ʺPath  planning  algorithm for unmanned surface vehicle formations in a practical maritime environment.ʺ Ocean Engineering 97:  126‐144
• 10 Rui, S., Y. Liu and R. Bucknall (2016). ʺThe angle guidance  path planning algorithms for unmanned surface vehicle  formations by using the fast marching method.ʺ Applied  Ocean Research 59: 327‐344.
• 11 Ruishan, S. U. N., W. Lei and L. I. U. Junjie (2016). ʺAn  Overview  and  Prospect  of  Civil  Aviation  Safety  in  China.ʺ Journal of Transport Information and Safety 34(4): 15,69. (In Chinese)
• 12 Stahlberg,  K.,  F.  Goerlandt,  J.  Montewka  and  P.  Kujala  (2012). ʺUncertainty  in  Analytical  Collision  Dynamics  Model  Due  to  Assumptions  in  Dynamic  Parameters.ʺ  TransNav, the International Journal on Marine Navigation  and Safety of Sea Transportation, Vol. 6, No. 1: 47‐54.
• 13 Statheros, T. (2008). ʺAutonomous Ship Collision Avoidance  Navigation  Concepts,  Technologies  and  Techniques.ʺ  Journal of Navigation 61(1): 129‐142. 
• 14 Uriasz, Z. P. J. (2009). ʺThe Ship Domain – A Criterion of  Navigational Safety Assessment in an Open Sea Area.ʺ  Journal of Navigation 62(1): 93‐108. 
• 15 Zhang, J., D. Zhang, X. Yan, S. Haugen and C. G. Soares  (2015). ʺ A  distributed  anti‐collision  decision  support  formulation  in  multi‐ship  encounter  situations  under  COLREGs.ʺ Ocean Engineering 105: 336‐348
• 16 Zhonglian, J., C. H. U. Xiumin and Y. A. N. Xinping (2015).  ʺDevelopments  and  Prospects  of  Intelligent  Water  Transport:A  Review  of  the  Symposium  on  Intelligent  Water Transport, in Conjunction with the 10th Annual  Meeting of China ITS.ʺ Journal of Transport Information  and Safety (6): 1‐8. (In Chinese

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)