Dynamic Collision Avoidance for Maritime Navigation Using UKF Based Predictive Probability and Velocity Obstacle Framework
Notice bibliographique
Résumé
Abstract This study proposes a collision avoidance algorithm based on predictive probability using the Unscented Kalman Filter (UKF) to address the challenges of dynamic and uncertain maritime navigation. Previous UKF-based approaches relied on fixed time steps to extrapolate future positions from a single application, leading to progressively increasing uncertainties. In contrast, the proposed algorithm integrates ship dynamics into the UKF framework, allowing real-time recalibration and tailoring prediction horizon based on the ship’s physical characteristics and speed, ensuring a relevant and physically meaningful duration for enhanced accuracy and reliability regarding future positions. The algorithm integrates predictive probabilities into a Velocity Obstacle (VO) framework, ensuring adherence to maritime navigation rules (COLREGs) while enabling optimal path planning via a Nonlinear Model Predictive Controller (NMPC). By accurately calculating the Time to Closest Point of Approach (TCPA) and Distance to Closest Point of Approach (DCPA), it effectively prevents unexpected maneuvers, facilitating smoother, safer, and more reliable navigation in dynamic maritime environments. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through comprehensive simulations, showcasing its ability to plan optimal paths and accurately track trajectories across various collision scenarios, such as head-on, overtaking, and crossing. The results emphasize the Unscented Kalman Filter’s robustness in estimating ship positions with precision, maintaining computational stability, and effectively mitigating collision risks ensuring enhanced safety and reliability in dynamic maritime environments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».