Collision avoidance modeling for a group of marine autonomous vessels

Abstract

Статья посвящена проблеме безопасного движения судов в условиях насыщенного трафика. Рассматривается задача безопасного расхождения групп судов. Отмечается, что расхождение автономных (безэкипажных) судов имеет свою особую специфику. При их групповом движении автономному судну необходимо «знать» намерения других участников для правильной интерпретации правил расхождения судов. Это требует расширения известных алгоритмов расхождения на случай группового движения. В статье описана математическая модель задачи расхождения судов, основанная на традиционных геометрических представлениях относительного движения судов. Дан алгоритм действий судна в условиях группового движения. Описан программный инструментарий, использованный для постановки вычислительных экспериментов по расхождению групп автономных судов. Отмечается, что предложенный алгоритм может быть успешно применен и для судов с экипажем, внедрен в автоматизированные бортовые средства управления судном. Показан пример расчета маневров для расхождения группы из семи судов. Указывается, что для проверки предложенного алгоритма и оценки перспектив его использования на практике необходима постановка натурных экспериментов для групп малоразмерных моделей автономных надводных судов. Даются рекомендации по возможной конструкции таких судов для постановки экспериментов и развитию соответствующей береговой инфраструктуры, позволяющей в перспективе обеспечить поддержку автономного судовождения. The paper deals with the issue of safe ship movement under the conditions of heavy traffic. The problem of avoiding the collision of groups of vessels is considered. It is noted that avoiding the collision of autonomous (unmanned) ships has its own specific nature. When moving in groups, an autonomous ship needs to “know” the intentions of other participants in order to correctly interpret the regulations for passing ships. This requires an extension of known collision avoidance algorithms for the cases of group locomotion. The paper describes a mathematical model of the ship collision avoidance problem based on traditional geometric representations of the relative motion of ships. The plan of actions for a vessel under the conditions of group locomotion is given. The software tools used to set up computational experiments in collision avoidance of groups of autonomous ships are described. It is noted that the proposed algorithm can be successfully applied to ships with a crew and implemented in automated onboard ship controls. An example of calculating maneuvers for collision avoidance of a group of seven vessels is shown. It is pointed out that setting up full-scale experiments for groups of small-sized models of autonomous surface vessels is necessary in order to test the proposed algorithm and assess the prospects for its use in practice. Recommendations on the possible design of such vessels are given with a view to setting up experiments along with the guidelines for the development of appropriate coastal infrastructure which will provide support for autonomous navigation in the future.

Topics & Concepts