基于非欧空间投影变换的船舶会遇视觉风险感知研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

船舶避碰对于船舶航行尤为重要，据文献调查统计，船舶碰撞事故约占船舶伤亡事故的六成以上，而其中绝大多数的事故发生碰撞的原因与船舶驾驶员的人为因素有关。国内外学者在此基础上进行了大量的研究，站在不同的角度提出了多样的理论模型用以解决船舶避碰中的相关问题或优化船舶碰撞风险的评估策略。

罗贤成、尹建川，李宏宾等人提出的基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统，为船舶在多船同时会遇的局面中如何避让提供了可量化的分析模型；do-hoon kim 在2020年1月7日发表在《ocean engineering》中的“identification of collision risk factors perceived by shipoperators in a vessel encounter situation ”{在船舶会遇时操纵者的船舶碰撞危险因素识别}提出了感知船舶碰撞风险与船舶碰撞的关系 、最大危险碰撞角等概念，开创性地引入了人在受压力的情况下对大脑的负面影响从而产生对驾驶员避碰决策的不利影响；张计峰等人在2020年3月第一期发表在上海海事大学学报上的基于碰撞圆的船舶避碰决策模型及仿真中提出了一种基于碰撞圆的避碰决策模型，利用船舶会遇过程中可能发生碰撞的圆形区域，对船舶航向航速以及位置变化进行建模并将其可视化，验证出其对避碰决策具有一定可行性。

大多数中内外的研究文献中均提出了新的概念以及措施，其中不乏创新性的观点，但其缺陷是并未在基础的视觉分析上多做研究，在航海实践的船舶避碰中，视觉风险感知是船舶值班驾驶员最常用的风险感知方法，也就是瞭望，在传统的研究方法中对于两船会遇局面中最常使用的两个指标dcpa（船舶最短会遇距离）、tcpa（船舶最短会遇时间）使用的是基于欧式几何中的二维空间的演算方法，但由于眼球是一个近似的球形，这种构造使得人类在视觉感知中往往会产生一些与当前基于欧式空间的理论部分不相符，如果把人观察到的图景展开成为二维画面会发现两条相互平行的铁轨在视野尽头相交的现象，这与欧几里得空间两条平行线互相平行的定理并不符合，从而使得驾驶员观察到的来船运动趋势存在视觉误差，因此迫切需要引入一个基于非欧空间，准确来说是基于黎曼球面的船舶会遇模型，使其更加符合驾驶员视觉观察到的来船真实运动趋势，从而更有效地采取避碰策略。

2. 研究的基本内容与方案

1 研究的基本内容

（1）欧几里得几何空间与非欧几何空间

欧式几何与非欧几何在公理体系中最大的区别在于平行定理的不同，在人们日常的生活中，当在一个较小的区域内观察地面时常会发现此时的平面是符合欧式几何的二维平面定理。即过一点有且仅有一条直线与对应直线平行的定理，但一旦将尺度放大，如在观察路边两排平行栽种的树木时，虽然在一整条路上树木都是相互平行的，但是在人眼看来平行的树木在远处发生了相交的现象。可见在较为小的平面上我们的眼球所产生的视觉感知误差相对较小，是近似可微的，当尺度扩大到一定程度时，这种视觉误差将会扩大到不可忽略的程度，而在航海上考虑到船舶避碰的角度上这种尺度是常有的，因此在两种性质的风险分析模型下得出的结论会存在一定的矛盾和出入，这种出入和矛盾将是讨论的重点之一。

3. 研究计划与安排

2020年3月16日---2020年3月31日 完成并提交开题报告

2020年4月1日---2020年4月20日 完成阶段性报告

2020年4月21日---2020年5月15日 完成论文草稿

4. 参考文献（12篇以上）

[1]罗贤程,尹建川,李宏宾.基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统[j].上海海事大学学报,2020,41(01):1-7.

[2]张计峰,胡勤友,廖秉军.基于碰撞圆的船舶避碰决策模型及仿真[j].上海海事大学学报,2020,41(01):8-14.