1. 课程导入与船舶避碰问题界定
《船舶智能避碰决策与仿真评估》这门课程，讨论的不是一个孤立的算法问题，而是一个把“感知—判断—决策—验证”串成闭环的工程系统问题。海上交通密度上升、船舶大型化、航道与渔区交叠，使避碰从“驾驶员经验+规则理解”逐步走向“人机协同+可验证决策”。本课程的目标，是让学习者既能说清避碰决策在什么约束下做出，也能动手搭建可复现的仿真评估流程，用数据判断一个避碰方案是否安全、是否合规、是否可执行。
一、总体目标：从“会看规则”到“能验证决策”
课程围绕三个层次展开。第一层是问题界定：明确本船、目标船、会遇态势、避碰责任与行动时机之间的关系，把《国际海上避碰规则》（COLREGs）中的定性条款转化为可计算的判断条件。第二层是决策生成：在给定感知输入（目标船位置、航向、航速、相对方位与距离）下，生成满足安全距离与规则约束的转向、变速或组合机动。第三层是仿真评估：在可控、可重复的虚拟场景中运行决策，统计最近会遇距离（DCPA）、到达最近点时间（TCPA）、碰撞次数、规则违背次数与航程损失等指标，形成可比较的结论。
需要强调的是，智能避碰的“智能”不等于替人做主。课程始终把决策放在“可解释、可追溯、可干预”的框架内：每一个转向建议都应能回答“依据哪条规则、针对哪条目标船、在什么时刻触发、预期效果如何”。这也是后续仿真评估能够成立的前提。
二、核心挑战：四个必须同时面对的约束
规则约束。COLREGs 的条款依赖会遇态势判断，而态势本身随相对运动连续变化。对遇、交叉、追越的边界条件、让路船与直航船的义务、以及“早、大、宽、清”的行动要求，都需要在决策逻辑中显式表达，而不是事后解释。
不确定性约束。目标船的意图并不直接可观测。AIS 提供的位置与航速存在更新间隔，雷达观测存在噪声，目标船可能保向保速，也可能突然转向。决策若只基于单帧观测，容易在态势切换时产生抖动或误判。
多船耦合约束。真实场景中往往同时存在多条目标船。针对 A 船的避让机动可能恶化与 B 船的关系，形成“避让冲突”。决策需要从单目标最优走向多目标可行，必要时引入优先级与冲突消解。
可验证性约束。一个在单一场景中表现良好的策略，未必在边界场景中可靠。评估必须覆盖典型会遇、密集交通、受限水域、传感器退化等条件，并用统一指标横向比较，避免“看起来能避碰”的定性判断。
三、课程路线图：六个阶段的能力递进
课程按“基础—建模—决策—仿真—评估—综合”组织。第一阶段建立避碰问题的形式化描述，统一坐标系与符号约定：以本船为原点、以真北为 0°、顺时针为正，相对方位与相对运动参数均在此约定下计算，后续所有图示与算例保持一致。第二阶段进入船舶运动与感知建模，理解 AIS 更新间隔、雷达量测误差如何影响 DCPA/TCPA 的估计。第三阶段聚焦规则的形式化与单目标决策，把会遇态势判断写成可执行的条件分支。第四阶段扩展到多船场景与冲突消解。第五阶段搭建仿真评估流程，明确场景库、指标定义与统计口径。第六阶段完成综合案例，从场景设计到指标结论形成完整闭环。
这条路线不是知识点的简单排列，而是能力递进：先能“算清楚”，再能“判得准”，然后“决策合理”，最后“评估可信”。每一阶段都会留下可复用的中间成果，例如态势判断函数、场景脚本模板、指标统计表，供后续阶段直接调用。
四、一个可操作的教学示例：单目标交叉会遇
为让抽象目标落地，给出一个明确属于教学假设的示例。设本船航向 000°、航速 12 kn；目标船位于本船右舷约 045°、距离 6 n mile，航向 270°、航速 10 kn，构成交叉会遇，本船为让路船。按相对运动计算，若双方保向保速，DCPA 约为 0.9 n mile，TCPA 约为 22 min。以 1 n mile 作为安全距离阈值，则该场景存在碰撞风险，需要在 TCPA 尚充足时采取右转避让。
决策环节可设定候选转向角集合（如右转 15°、30°、45°），对每个候选角重新计算 DCPA 与 TCPA，筛选 DCPA 不小于 1 n mile 且转向幅度最小的方案。若右转 30° 后 DCPA 提升至约 1.8 n mile，则将其作为输出，并记录触发时刻、依据条款与预期效果。仿真环节以 1 s 为时间步进，目标船保持保向保速，记录全程轨迹与最小 DCPA。评估环节检查三项：最小 DCPA 是否达标、是否出现规则违背、航程损失是否在可接受范围。三项均通过，才认为该决策在本场景中有效。
五、学习成果：学完能做什么
完成本课程后，学习者应能独立完成四件事：其一，给定一组本船与目标船参数，正确判定会遇态势与避让责任；其二，把规则条款转化为可执行的判断条件，并说明其适用边界；其三，设计覆盖典型与边界条件的仿真场景，运行决策并统计安全、合规、经济三类指标；其四，依据指标结论判断方案是否可用，指出失效场景与改进方向。这四项能力共同构成本课程的学习成果，也是后续章节反复训练的主线。
避碰决策的价值最终体现在“可验证”三个字上。一个无法在仿真中复现、无法用指标说明优劣的方案，很难在实船环境中被信任。本课程从问题界定出发，正是为了把这条验证链条从一开始就搭稳。