In the last decades a lot of on-board and on-shore systems
have been established to reduce collisions in maritime
traffic. The most important on-board assistance systems
are Automatic Radar Plotting Aids (ARPA), Automatic
Identification Systems (AIS) and Electronic Chart Display
and Information Systems (ECDIS). An ECDIS is used
to display the environment information from Electronic
Nautical Charts (ENC) regarding the own vessel position,
estimated by GPS. These systems progressively replace
the traditional paper charts. Radar and ARPA systems
are used to detect, track and display other vessels. The
tracking algorithms have been improved in recent years
and the ARPA systems are additionally supported by AIS
to increase the tracking performance. However, the radar
measurements used for the target tracking algorithms
are inevitably containing errors, thus the target tracking
results comprise uncertainties. The aim of this work is
to integrate the knowledge of target track uncertainties
into a collision avoidance system. Therefore, a probabilistic
track handling is combined with a grid based approach for
avoidance trajectory generation.
1.1 Maritime Collision Avoidance
An overview of the most important approaches addressing
collision avoidance for vessels is given by Statheros
et al. (2007); Tam et al. (2009). Some of the collision
avoidance approaches are limited to two-vessel encounters
or merely provide a reactive solution and no complete
avoidance trajectory. As the focus of this work is on approaches
that provide a collision free trajectory in n-vessel
environments, only suitable approaches are considered.
This problem is mainly tackled with heuristic optimization
algorithms. As one of the first, Smierzchalski (1999)
presented an approach to generate avoidance trajectories
using an evolutionary algorithm. Many other approaches
have since been inspired by this method and apply other
heuristic methods such as fuzzy-logic, neural networks or
ant algorithms to the domain of maritime collision avoidance.
The most sophisticated approach is presented by
Szlapczynski (2011). They use an evolutionary algorithm
with specialised operators to shape the convergence of the
optimisation. This approach allows the application of traf-
fic separation schemes (Szlapczynski, 2013) and considers
visibility restrictions according to rule 19 of the Collision
Avoidance Regulations (COLREGs) (Szlapczynski, 2015).
Deterministic solutions mostly use grid based search algorithms
to find an optimal avoidance trajectory. This
method is very popular in the mobile robotics community
and was first adopted to the maritime domain by Chang
et al. (2003). It was extended by Szlapczynski (2006) to
obtain trajectories that are more suitable for vessel navigation.
Blaich et al. (2012a) further improved the concept
of grid search for vessels to take the turning circle of
vessels into account. A real-time implementation of this
approach is presented by Blaich et al. (2012b) and results
of a collision avoidance systems applied to a recreational
craft using this implementation are presented by Schuster
et al. (2014).
1.2 Collision Avoidance Dealing with Uncertainties
For collision avoidance in environments with dynamic obstacles,
the Velocity Obstacle (VO) method as presented
by Fiorini and Shiller (1998) is very popular. Using this
method, evasive manoeuvres are planned in the velocity
space. To achieve a collision-free trajectory, a sequence
of velocities is estimated to reach a given goal without
collisions. A probabilistic version of VOs is presented by
10th Conference on Manoeuvring and Control of Marine Craft
August 24-26, 2015. Copenhagen, Denmark
Copyright © IFAC 2015 69
Probabilistic Collision Avoidance for
Vessels
Michael Blaich ∗ Steffen K¨ohler ∗ Johannes Reuter ∗
Axel Hahn ∗∗
∗ University of Applied Sciences Konstanz, 78462 Konstanz, Germany
(e-mail: mblaich@htwg-konstanz.de). ∗∗ University of Oldenburg, 26129 Oldenburg, Germany (e-mail:
axel.hahn@uni-oldenburg.de)
Abstract: The improvement of collision avoidance for vessels in close range encounter situations
is an important topic for maritime traffic safety. Typical approaches generate evasive trajectories
or optimise the trajectories of all involved vessels. Such a collision avoidance system has to
produce evasive manoeuvres that do not confuse other navigators. To achieve this behaviour, a
probabilistic obstacle handling based on information from a radar sensor with target tracking,
that considers measurement and tracking uncertainties is proposed. A grid based path search
algorithm, that takes the information from the probabilistic obstacle handling into account,
is then used to generate evasive trajectories. The proposed algorithms have been tested and
verified in a simulated environment for inland waters.
Keywords: Collision avoidance, Ship navigation, Path planning, Probabilistic Obstacles
1. INTRODUCTION
In the last decades a lot of on-board and on-shore systems
have been estab
ในทศวรรษที่ผ่านมาจำนวนมากของระบบ on-board และชายฝั่ง
ได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อลดการชนกันในการเดินเรือ
การจราจร ที่สำคัญที่สุดบนกระดานระบบช่วยเหลือผู้
มีเรดาร์อัตโนมัติวางแผนเอดส์ (ARPA) อัตโนมัติ
ระบบระบุตัวตน (เอไอเอส) และแสดงแผนภูมิอิเล็กทรอนิกส์
และระบบสารสนเทศ (ECDIS) ECDIS ถูกนำมาใช้
เพื่อแสดงข้อมูลสภาพแวดล้อมจากอิเล็กทรอนิกส์
แผนที่เดินเรือ (ENC) เกี่ยวกับตำแหน่งที่เรือของตัวเอง
ประมาณโดยจีพีเอส ระบบเหล่านี้มีความก้าวหน้าแทนที่
ชาร์ตกระดาษแบบดั้งเดิม เรดาร์และอาภาระบบ
ที่ใช้ในการตรวจสอบติดตามและแสดงเรืออื่น ๆ
ขั้นตอนวิธีการติดตามได้รับการปรับปรุงในปีที่ผ่านมา
และระบบ ARPA ได้รับการสนับสนุนนอกจากนี้เอไอเอส
ในการเพิ่มประสิทธิภาพการติดตาม อย่างไรก็ตามเรดาร์
วัดที่ใช้สำหรับขั้นตอนวิธีการติดตามเป้าหมาย
ย่อมมีข้อผิดพลาดจึงติดตามเป้าหมาย
ผลการประกอบด้วยความไม่แน่นอน จุดมุ่งหมายของงานนี้
เพื่อบูรณาการความรู้เกี่ยวกับความไม่แน่นอนของการติดตามเป้าหมาย
ในระบบหลีกเลี่ยงการชน ดังนั้นความน่าจะเป็น
ในการจัดการการติดตามจะถูกรวมกับวิธีการตามตารางสำหรับ
การหลีกเลี่ยงการสร้างวิถี.
1.1 การเดินเรือหลีกเลี่ยงการชน
ภาพรวมของวิธีการที่สำคัญที่สุดที่อยู่ใน
การหลีกเลี่ยงการชนกันของเรือจะได้รับโดย Statheros
et al, (2007); Tam et al, (2009) บางส่วนของการปะทะกัน
วิธีการหลีกเลี่ยงการถูก จำกัด ให้สองเรือเผชิญหน้า
หรือเป็นเพียงให้แก้ปัญหาปฏิกิริยาและไม่สมบูรณ์
วิถีการหลีกเลี่ยง ในฐานะที่เป็นจุดสำคัญของงานนี้คือแนวทาง
ที่ให้ชนวิถีฟรีใน N-เรือ
สภาพแวดล้อมเพียงวิธีการที่เหมาะสมได้รับการพิจารณา.
ปัญหานี้เป็นความท้าทายที่ส่วนใหญ่แก้ปัญหาด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพ
ขั้นตอนวิธีการ ในฐานะที่เป็นหนึ่งในครั้งแรก, Smierzchalski (1999)
นำเสนอวิธีการในการสร้างวิถีการหลีกเลี่ยง
การใช้ขั้นตอนวิธีวิวัฒนาการ วิธีการอื่น ๆ อีกมากมาย
ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากตั้งแต่วิธีนี้และใช้อื่น ๆ
วิธีการแก้ปัญหาเช่นเลือนตรรกะเครือข่ายประสาทหรือ
อัลกอริทึมมดกับโดเมนของการหลีกเลี่ยงการปะทะกันทางทะเล.
วิธีการที่ทันสมัยที่สุดที่นำเสนอโดย
Szlapczynski (2011) พวกเขาใช้อัลกอริทึมวิวัฒนาการ
กับผู้ประกอบการมีความเชี่ยวชาญในการสร้างรูปร่างบรรจบกันของ
การเพิ่มประสิทธิภาพ วิธีการนี้จะช่วยให้การประยุกต์ใช้ traf-
แผนการแยก FIC (Szlapczynski, 2013) และคิดว่า
ข้อ จำกัด ในการมองเห็นเป็นไปตามกฎ 19 จากการชนกันของ
ข้อบังคับการหลีกเลี่ยง (COLREGs) (Szlapczynski, 2015).
การแก้ปัญหาตายตัวส่วนใหญ่ใช้ตารางตามกลไกการค้นหา
จะหาที่ดีที่สุด วิถีการหลีกเลี่ยง นี้
เป็นวิธีที่นิยมมากในชุมชนหุ่นยนต์มือถือ
และเป็นครั้งแรกถูกนำมาใช้กับโดเมนการเดินเรือโดยช้าง
, et al (2003) มันถูกขยายโดย Szlapczynski (2006) ที่จะ
ได้รับลูกทีมที่มีความเหมาะสมมากขึ้นสำหรับการนำเรือ.
Blaich et al, (2012a) การปรับปรุงเพิ่มเติมแนวคิด
ของการค้นหาตารางสำหรับเรือที่จะใช้วงเลี้ยวของ
เรือเข้าบัญชี การดำเนินตามเวลาจริงของนี้
วิธีการที่จะนำเสนอโดย Blaich et al, (2012b) และผล
ของระบบการหลีกเลี่ยงการชนนำไปใช้กับการพักผ่อนหย่อนใจ
ฝีมือโดยใช้การดำเนินงานนี้ถูกนำเสนอโดยชูสเตอร์
, et al (2014).
1.2 หลีกเลี่ยงการชนการรับมือกับความไม่แน่นอน
เพื่อหลีกเลี่ยงการปะทะกันในสภาพแวดล้อมที่มีอุปสรรคแบบไดนามิก
อุปสรรค Velocity (VO) วิธีการที่นำเสนอ
โดย Fiorini และ Shiller (1998) เป็นที่นิยมมาก โดยใช้
วิธีการประลองยุทธ์หลีกเลี่ยงการมีการวางแผนในความเร็ว
พื้นที่ เพื่อให้บรรลุวิถีชนฟรีลำดับ
ความเร็วประมาณถึงเป้าหมายที่กำหนดโดยไม่ต้อง
ชน รุ่นที่น่าจะเป็นของ VOs ถูกนำเสนอโดย
การประชุมในวันที่ 10 Manoeuvring และการควบคุมทางทะเลหัตถกรรม
24-26 สิงหาคม 2015 โคเปนเฮเกนเดนมาร์ก
ลิขสิทธิ์© IFAC 2015 69
น่าจะหลีกเลี่ยงการชนสำหรับ
เรือ
ไมเคิล Blaich * * * * * * * * เตฟเฟนโคห์เลอร์ฮันเนสรอยเตอร์ *
แอ็กเซิลฮาห์น **
* มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์ Konstanz, 78462 Konstanz เยอรมนี
(E-mail: mblaich@htwg-konstanz.de) ** มหาวิทยาลัย Oldenburg, 26129 Oldenburg, เยอรมนี (E-mail:
axel.hahn@uni-oldenburg.de)
บทคัดย่อ: การพัฒนาของการหลีกเลี่ยงการชนกันของเรือในช่วงใกล้สถานการณ์การเผชิญหน้า
เป็นหัวข้อที่สำคัญสำหรับความปลอดภัยการจราจรทางทะเล วิธีการสร้างวิถีทั่วไปข้อแก้ตัว
หรือเพิ่มประสิทธิภาพของลูกทีมของเรือทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง เช่นระบบหลีกเลี่ยงการชนที่มีการ
ผลิตประลองยุทธ์เป็นข้อแก้ตัวที่ไม่ได้สร้างความสับสนให้ผู้นำอื่น ๆ เพื่อให้บรรลุพฤติกรรมนี้เป็น
อุปสรรคต่อความน่าจะเป็นงานกับอยู่บนพื้นฐานของข้อมูลจากเซ็นเซอร์เรดาร์ที่มีการติดตามเป้าหมาย
ที่จะพิจารณาการวัดและการติดตามความไม่แน่นอนที่มีการเสนอ ตารางตามเส้นทางการค้นหา
ขั้นตอนวิธีการที่จะนำข้อมูลที่ได้จากการจัดการเข้าบัญชีอุปสรรคความน่าจะเป็นของ
ที่ใช้แล้วเพื่อสร้างวิถีข้อแก้ตัว ขั้นตอนวิธีการที่นำเสนอได้รับการทดสอบและ
การตรวจสอบในสภาพแวดล้อมจำลองน้ำทะเล.
คำสำคัญ: การหลีกเลี่ยงการปะทะกันนำทางเรือวางแผนเส้นทางอุปสรรคความน่าจะเป็น
ที่ 1 บทนำ
ในทศวรรษที่ผ่านมาจำนวนมากของระบบ on-board และชายฝั่ง
ได้รับ estab
การแปล กรุณารอสักครู่..
ในทศวรรษที่ผ่านมามากบนกระดานและในระบบชายฝั่งได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อลดการชนในการเดินเรือการจราจร ความช่วยเหลือ on-board ที่สำคัญที่สุดระบบเป็นเรดาร์อัตโนมัติวางแผนเอดส์ ( ฯ ) , อัตโนมัติระบบกำหนดรหัสประจำตัว ( AIS ) และแสดงแผนภูมิอิเล็กทรอนิกส์และระบบข้อมูล ( ecdis ) การใช้ ecdisเพื่อแสดงข้อมูลสิ่งแวดล้อมจากอิเล็กทรอนิกส์แผนภูมิทางทะเล ( ENC ) ต่อตำแหน่งเรือเองประมาณการโดย GPS ระบบเหล่านี้เพื่อแทนที่แผนภูมิกระดาษแบบดั้งเดิม ระบบเรดาร์และอาภาจะใช้ในการตรวจสอบ ติดตาม และแสดงภาชนะอื่น ๆ ที่ติดตามอัลกอริทึมได้รับการปรับปรุงในปีล่าสุดและระบบสนับสนุนโดย AIS และอาภาเพื่อเพิ่มการติดตามผลการปฏิบัติงาน อย่างไรก็ตาม เรดาร์เพื่อใช้ในการติดตามเป้าหมายของการวัดย่อมมีข้อผิดพลาด ดังนั้นการติดตามเป้าหมายผลประกอบบริษัท จุดมุ่งหมายของงานนี้คือบูรณาการความรู้ทางประวัติศาสตร์ ติดตามเป้าหมายในระบบการหลีกเลี่ยงการปะทะกัน ดังนั้น ความน่าจะเป็นติดตามการจัดการรวมกับตารางตามแนวทางบดบังวิถีรุ่น1.1 การชนการทางทะเลภาพรวมของวิธีการสำคัญที่สุดการหลีกเลี่ยงการชนเรือให้โดย statheroset al . ( 2007 ) ; ตำ et al . ( 2009 ) บางส่วนของการชนกันวิธีการหลีกเลี่ยงการเผชิญหน้าสองเรือจำกัดหรือเพียงแค่ให้โซลูชั่นที่สมบูรณ์ และไม่มีปฏิกิริยาเส้นทางที่ 4 เป็นจุดสนใจของงานนี้ คือ ในแนวทางที่ให้บริการฟรีใน n-vessel วิถีชนสภาพแวดล้อม , เพียงวิธีที่เหมาะสมเป็นสำคัญปัญหานี้ส่วนใหญ่จะจัดการกับการแก้ปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพอัลกอริธึม เป็นหนึ่งในแรก smierzchalski ( 1999 )นำเสนอวิธีการสร้างบดบังวิถีการใช้ขั้นตอนวิธีวิวัฒนาการ วิธีการหลาย ๆมีตั้งแต่ถูกแรงบันดาลใจจากวิธีการนี้และใช้อื่น ๆวิธีฮิวริสติกเช่นตรรกศาสตร์ เครือข่ายประสาท หรือมดขั้นตอนวิธีสำหรับโดเมนของการหลีกเลี่ยงการปะทะกันทางทะเลวิธีการที่ซับซ้อนมากที่สุดที่นำเสนอโดยszlapczynski ( 2011 ) พวกเขาใช้ขั้นตอนวิธีวิวัฒนาการโดยเฉพาะผู้ประกอบการที่บรรจบกันของรูปร่างการเพิ่มประสิทธิภาพ . วิธีนี้ช่วยให้โปรแกรมสร้าง - ของแผนการแยก 12 ( szlapczynski 2013 ) และพิจารณาข้อ จำกัด การมองเห็นตามกฎ 19 ของการชนกันระเบียบ การหลีกเลี่ยง ( colregs ) ( szlapczynski 2015 )ติดตั้งใช้งานโซลูชั่นส่วนใหญ่ใช้ตารางตามขั้นตอนวิธีการค้นหาที่จะหาเส้นทางเลี่ยงที่เหมาะสมที่สุด นี้เป็นวิธีที่นิยมมากในหุ่นยนต์เคลื่อนที่ในชุมชนและก่อนประกาศใช้เพื่อโดเมนทางทะเลโดยช้างet al . ( 2003 ) มันถูกขยายโดย szlapczynski ( 2006 )ขอรับวิถีที่เหมาะกับเรือนำทางblaich et al . ( ปรับปรุงเพิ่มเติม 2012a ) แนวคิดตารางค้นหาเรือเลี้ยววงกลมเรือลงในบัญชี ใช้งานแบบเรียลไทม์นี้แนวทางที่นำเสนอโดย blaich et al . ( 2012b ) และผลลัพธ์การประยุกต์ใช้ระบบเลี่ยงการชนกันกับนันทนาการงานนี้ฝีมือการแสดงโดย ชูสเตอร์et al . ( 2014 )1.2 การชนการเผชิญกับความไม่แน่นอนเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกับอุปสรรคในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิกความเร็วอุปสรรค ( VO ) วิธีการนำเสนอโดย fiorini และ ชิลเลอร์ ( 1998 ) เป็นที่นิยมมาก ใช้นี้วิธีการหลีกเลี่ยงการประลองยุทธ์ที่วางแผนในความเร็วพื้นที่ เพื่อให้เกิดการปะทะกันฟรีวิถี เป็นลำดับความเร็วประมาณถึงเป้าหมายโดยไม่ให้การชนกัน รุ่นที่ 11 คุณจะนำเสนอโดยในการประชุม 10 หลบหลีกและควบคุมเรือทางทะเลสิงหาคมโดย 2015 . โคเปนเฮเกน , เดนมาร์กสงวนลิขสิทธิ์สงวนลิขสิทธิ์ 2015 69 คือหลีกเลี่ยงการชนความน่าจะเป็นสำหรับเรือไมเคิล blaich ∗ Steffen K ตั้ง ohler ∗ Reuter ∗โยฮันเนส∗∗ Axel ฮาห์น∗วิทยาศาสตร์ประยุกต์มหาวิทยาลัย Konstanz 78462 Konstanz , เยอรมนี( E-mail : mblaich @ htwg Konstanz . de ) ∗∗มหาวิทยาลัย 26129 Oldenburg Oldenburg , เยอรมนี ( E-mail :axel.hahn@uni-oldenburg.de )บทคัดย่อ : การพัฒนาหลีกเลี่ยงการชนเรือในช่วงปิดพบสถานการณ์เป็นหัวข้อที่สำคัญเพื่อความปลอดภัยในการจราจรทางทะเล วิธีสร้างแบบวิถีปกติหรือเพิ่มประสิทธิภาพ วิถีของทุกคนที่เกี่ยวข้องกับเรือ เช่นระบบเลี่ยงการชนกันได้ผลิตแบบประลองยุทธ์ที่ไม่สับสนนักเดินเรือผู้เชี่ยวชาญอื่น ๆ เพื่อให้บรรลุพฤติกรรมนี้การจัดการอุปสรรคการอาศัยข้อมูลจากเซ็นเซอร์เรดาร์ที่มีการติดตามเป้าหมายที่เห็นว่าการวัดและติดตาม ซึ่งจะเสนอ ตารางการค้นหาเส้นทางตามขั้นตอนวิธีที่ใช้ข้อมูลจากการเป็นอุปสรรคการเข้าบัญชีถูกใช้เพื่อสร้างหลบหลีกวิถีกระสุน . ขั้นตอนวิธีที่เสนอได้ถูกทดสอบและตรวจสอบในสภาพแวดล้อมจำลองในน้ำคำสำคัญ : หลีกเลี่ยง , เรือนำทาง การวางแผนเส้นทางอุปสรรคเชิงชน1 . แนะนำในทศวรรษที่ผ่านมามากบนกระดานและในระบบชายฝั่ง
การแปล กรุณารอสักครู่..