Триполец Олег Юрьевич - аспирант
198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Tripolets, Oleg Y. - Postgraduate
5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
В данной работе представлен подход к решению проблемы расхождения двух безэкипажных судов в определенной акватории на основе минимизации функции стоимости, а также описан скрипт, написанный в компьютерной среде MATLAB, позволяющий вычислить оптимальный маневр для предотвращения столкновения. Функция стоимости в данной работе определена как квадрат разности между безопасной дистанцией и дистанцией опасного сближения, и в целях нахождения оптимального маневра должна быть минимизирована, для чего в данном коде используется fmincon (функция оптимизации MATLAB). Расчет маневров расхождения производится с учетом СУДС сразу для двух судов, является оптимальным и позволяет судам разойтись на заданной безопасной дистанции. Скрипт, получая на вход матрицу, содержащую данные о парах сближающихся судов (их координатами по осям X и Y, скоростями и курсами), путем минимизации функции стоимости (Cost Function), вычисляет оптимальное изменение скоростей и / или курсов для двух судов, позволяющее им разойтись на безопасной дистанции. Для проверки работоспособности скрипта была проведена успешная симуляция в компьютерной среде MATLAB. Приведены несколько примеров его работы: ситуации, где дистанция кратчайшего сближения была больше безопасной; ситуации, где дистанция кратчайшего сближения была меньше безопасной, но время до столкновения — больше безопасного; и ситуации опасного сближения. Результаты расчетов показаны на графиках в MATLAB. Код описываемого в данной работе скрипта может быть усовершенствован для совместной работы с другими алгоритмами, а также может быть использован для создания обучающих выборок для обучения нейронных сетей прогнозированию безопасных маневров для предотвращения столкновений безэкипажных судов в море. В данной работе не учитывается влияние ветра и течения, а также отсутствует учет МППСС‑72, и суда могут маневрировать как влево, так и вправо, а также снижать скорость вне зависимости от вида ситуации сближения.
An approach to the problem of collision avoidance of two unmanned vessels in certain area based on cost function minimization is presented in the paper. A script written in the MATLAB computational environment that calculates the optimal maneuver to prevent a collision is described. The cost function in this study is defined as the square of the difference between the safe distance and the Closest Point of Approach, and in order to find the optimal maneuver, it needs to be minimized, for which the fmincon (a MATLAB optimization function) is used in this code. The calculation of collision avoidance maneuvers is made “ from the perspective” of the VTS: it’s optimized for two vessels and allows the vessels to pass each other at a specified distance. The script, taking as input a matrix with data on pairs of approaching vessels (their x and y coordinates, speeds, and courses), by minimizing the cost function, calculates the optimal change in speeds and/or courses for two vessels, allowing them to pass each other at a safe distance. To verify the functionality of the script, a successful simulation is carried out in MATLAB. Several examples of its operation are given. These are situations where the closest point of approach (CPA) is grea-ter than safe one; situations where the CPA is less than safe distance, but the time to CPA is greater than safe time; and situations of dangerous convergence. The calculation results are illustrated with MATLAB graphs. The code of the script described in this paper can be further refined to work in conjunction with other algorithms, and it can also be used to create training datasets for training neural networks to predict safe maneuvers to prevent collisions of unmanned vessels at sea. In this study, the influence of wind and current is not considered, and the COLREGs‑72 is not also taken in consideration. Vessels can maneuver both to port and starboard, as well as reduce speed regardless of the type of approach situation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.