В работе предложена система управления движением и расхождением безэкипажного судна с препятствиями в соответствии с Международными правилами предупреждения столкновения судов в море (МППСС-72). Данная система состоит из трех подсистем: подсистемы удержания траектории, подсистемы обхода препятствий, подсистемы удержания курса и скорости. Подсистема удержания траектории формирует курс, позволяющий двигаться по заранее заданной траектории. Для этого используется алгоритм градиента вспомогательной функции. В этом алгоритме задается весовой коэффициент alfa, определяющий степень схождения БЭС к заданной траектории. Для обеспечения более эффективного управления схождения БЭС к заданной траектории предлагается использовать переменное значение alfa, которое зависит от условия совпадения курса безэкипажного судна с направлением маршрута и значением изменения alfa за одну итерацию. Отмечается, что подсистема обхода препятствий основана на методе скоростных препятствий, когда определяются варианты векторов скоростей безэкипажного судна, при которых возможно столкновение с препятствием в будущем, при условии, что оно не маневрирует. Данная подсистема активируется при условии возникновении опасной ситуации, для определения которой вычисляются расстояние кратчайшего сближения с препятствием и время следования до точки кратчайшего сближения. Также в подсистеме реализованы механизмы определения вида опасной ситуации и соблюдения правил МППСС-72 при выполнении расхождения. Всего выделено четыре базовых сценария расхождения: расхождение встречными курсами, пересечение курсов (препятствие движется слева или справа) и обгон. Для выполнения расхождения, позволяющего обойти препятствия, рассчитывается стоимостная функция допустимых вариантов курса и скорости безэкипажного судна и выбирается оптимальный вариант. Выбранный курс и скорость передаются на подсистему удержания курса и скорости. Для оценки работоспособности системы управления движением безэкипажного судна выполнена ее проверка в среде моделирования Matlab / Simulink. Результаты моделирования подтвердили работоспособность системы, обеспечивающей движение БЭС по заданному маршруту и расхождение с препятствиями при возникновении опасных ситуаций в соответствии с правилами МППСС-72.
A variant of unmanned ship control system with obstacle avoidance in accordance with International Regulations for Preventing Collisions at Sea (COLREG) is proposed in the paper. The system consists of three subsystems: trajectory control subsystem, obstacle avoidance subsystem, course and speed control subsystem. The trajectory control subsystem generates a course that allows you to move along a predetermined trajectory. A gradient vector of the auxiliary function algorithm is used for this. In this algorithm, the alfa weight coefficient, which determines the degree of convergence of the unmanned ship to a given trajectory, is set. To ensure more efficient control convergence of the unmanned ship to a given trajectory, it is proposed to use the variable value of alfa, which depends on the condition of the coincidence of the unmanned ship course with the direction of the route and the value of alfa change for one iteration. The obstacle avoidance subsystem is based on the method of Velocity Obstacles, when all variants of the unmanned ship velocity vectors, at which a collision with an obstacle in the future is possible, are determined provided that the obstacle does not maneuver. The subsystem is activated when a dangerous situation occurs. The distance of the closest approach to the obstacle and the time of following to the point of the closest approach are calculated for identify a dangerous situation. Also, the subsystem implements a mechanism for determining the type of dangerous situation and compliance with COLREG. In total, four basic avoidance scenarios have been identified: head-on, crossing (obstacle moves to the left or right), and overtaking. To perform collision avoidance, the cost function of all variants of the course and speed is calculated, and the best variant is selected. The selected course and speed are transmitted to the course and speed control subsystem. The system is implemented in the Matlab / Simulink modeling environment. The simulation results confirmed the operability of the system, which ensures the movement of the unmanned ship along a given route and avoidance obstacles in case of dangerous situations in accordance with COLREG.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.