Collision Avoidance Based on Risk Prediction and Control of Ship

Abstract

현대적인 네이게이션 장치에도 불구하고 지리적 구조, 물속의 장애물, 바다 교통상황의 동적특성, 그리고 교통환경의 영향과 같은 문제가 존재한다. 비록 모든 선박들이 현대적인 네비게이션 장치가 설치 되어져 있지만, 조사에 따르면 인적요소로 인해 발생되는 다양한 원인으로 사고가 보고된다. 해양사고를 감소시키고 해양교통의 안정을 증가시키기 위해 연구에서는 작업의 효율성을 증가시키고 인간의 단점을 극복하기 위해 자동화 작동 시스템을 제안 하였다. 자동화 선박 네비이게이션을 위한 시뮬레이선시스템은 운영계획 및 수로의 설계 연구를 위한 강력한 도구가 될 수 있다. 이러한 시뮬레이션 시스템의 자율적인 충돌위험 계산과 충돌회피의 주요 작업은 인간의 개입을 최소화하여 프로그램 스스로 수행 한다. 유사한 자동 네비게이션 시스템은 인간의 개입없이 안적정이고 효율적인 자동화 네비게이션을 수행 할 수 있도록 설계되어지며, 일정상황에서 사람한테 최적의 코스를 제공한다. 이 논문은 충돌가능한 상황에서 선박의 충돌 가능성을 찾고 충돌을 회피하기 위한 효율적이고 실용적인 혼합 위험도 계산 방법을 제시하고 있다. 이 알고리즘은 구현이 간단하고 복잡한 향해 상황에서 선박을 효율적이고 자동으로 다뤄준다. 자동화선박 네비게이션의 세 가지 주요 제안은 현재 시간의 혼합 충돌 위험도 계산, 다음 시간의 혼합 위험도 예측과 충돌을 피하기 위한 선박 제어가 있다. 첫 번째 우리는 선박 위치 기반의 혼합 위험도 계산 방법을 제시한다. 이 방법은 퍼지와 퍼지 종합 평가 방법을 결합하여 기존의 충돌 위험도 계산 방법보다 정확도 가 더 높다. 두 번째 이 혼합 위험도 계산을 확장하고 칼만필터를 사용해서 다음시간 스템프에 선박의 위치를 예측하고 다음 시간 스템프에 혼합 충돌 위험도를 계산한다. 마지막으로 현재 시간의 혼합 위험도와 다음 시간의 혼합 위험도를 비교해서 충돌을 미리 피할 수 있도록 한다. 다음 시간의 위험도가 높으면 시스템은 항해자에게 적시에 선박을 제어하기 위한 속도와 각도등의 메시지를 보내준다. 항해자는 이 메시지를 확인해야 하고 만약에 향해자의 반응이 없으면 시스템은 중요한 순간에 자동으로 충돌 방지 조치나 기타 합리적인 운영을 채택하게 될 것이다. 또한, 제안된 시스템은 얼마나 많은 각도로 선박의 방향을 효율적으로 제어할지 결정할 수 있는 능력이 있다.

Despite of modern navigation devices, there are still problems in navigation of vessels in waterways due to the geographical structures, disturbances in water, dynamic nature of the sea traffic, and heavily influenced environmental traffic. Even though all vessels are equipped with modern navigation devices, the accidents are reported caused by various reasons mainly by human factor according to investigation. To decrease the accident and increase the safety of sea traffic, researchers proposed an automatic maneuvering system to overcome the human's shortcoming and increase work efficiency. Simulation system for automatic ship navigation can be a powerful tool for operational planning and design studies of waterways. In such a simulation system the key tasks of autonomous collision risk calculating and collision avoidance are performed by the simulation program itself with no or minimum intervention of a human navigator. This is in many ways similar to automatic navigation systems in that they are designed to carry out autonomous navigation safely and efficiently without the need for human intervention or to offer advice to the navigator regarding the best course of action to take in certain situations. This thesis presents an effective and practical hybrid collision risk calculation method for finding the collision probability and avoiding the collision for ships in possible collision situations. The algorithm is straightforward to implement and is shown to be effective in automatic ship handling for ships involved in complex navigation situations. We proposed three key task in this thesis; hybrid collision risk calculation at current time, hybrid collision risk prediction at next time and intelligent controller to avoid collisions. Firstly, we proposed a hybrid collision risk calculation method at ship's position using combination of fuzzy and fuzzy comprehensive which is more accurate than existing method by simulation results. Secondly, we extend this hybrid collision risk calculation method to predict the location of ship at next time stamp using Kalman Filter and calculate the hybrid collision risk at next time stamp. Finally, we compared the hybrid collision risk and prediction hybrid collision risk so that the ships collision could be avoided more efficiently and effectively. When the collision risk is higher in next time stamp the system will send message to the navigator to timely control the ship navigation i.e. angle and speed etc. The navigator must affirm the messages, if there is no affirmation, the system will adopt collision avoidance measures or other rational operations automatically at the critical moment. Additionally, our proposed system also has the decision making capability that how much angle a ship should be deflect to effectively control the ship.