在内河船舶航行中,可直接感知并用具体物理量衡量的作用力称为实际力,而无法直接作用于船舶或对船舶运动产生影响,仅能根据驾驶人员对船舶安全和运行效率的经验认知进而通过操纵产生影响的作用力称为广义的虚拟力。实际内河船舶在航行时,除受到实际力的作用外也会受到虚拟力的影响,故虚拟力是船舶航行中不可忽略的因素。因此,本文在内河船舶导航中融入虚拟力的概念,针对基于虚拟力的内河船舶导航提出了两种方法,从不同的角度进行了建模分析,以求得推荐的船舶实时动态航向,再结合现有的船舶定位设备,可实现准确、可行的内河船舶导航。第一种方法是船舶障碍物虚拟力导航法,该方法运用改进的仿人虚拟力场法,将船舶运动近似看作仿人运动,构建了船舶静态、动态障碍物模型及部分虚拟障碍物模型,并对建立的模型进行了分析研究,推导各个障碍物的虚拟力计算公式。然后利用矢量三角形方法将多种虚拟力结合起来求出虚拟力的合力,该合力方向即为推荐的船舶实时动态航向。最后结合具体的内河船舶航行模型进行了运用及验证,结果表明在不考虑风、流致漂移情况下,通过该方法得到的虚拟力的合力能够为内河船舶导航提供方向决策。第二种方法是本船虚拟力合成导航法,该方法主要利用了传统虚拟力场法以确定虚拟力的方向,引入船舶避碰研究中碰撞危险度的概念来无量纲化虚拟力,以定性讨论和定量分析虚拟力的大小,使其以具体的数字形式呈现出来。然后考虑风、流等实际荷载对虚拟力模型的影响,通过矢量合成的方法将已知方向和大小的虚拟力进行合成,虚拟力合力的方向即为推荐的船舶实时动态航向,以此实现内河船舶导航,虚拟力的大小表示船舶往此方向运动趋势的强烈程度。最后利用设定的数学模型进行带入计算,验证了该方法的可行性及合理性。本文主要工作在于创新性地将虚拟力概念及方法引入内河船舶导航建模中,用两种不同的方法对内河船舶导航决策进行建模,旨在探究虚拟力对内河船舶航行的影响。通过研究虚拟力来更好地判断推荐的船舶实时动态航向,实现更精准的内河船舶导航,从而为能见度不良情况下的内河船舶提供一定的辅助导航,同时也为未来无人船舶、智能船舶安全和高效的无人驾驶奠定前期的理论基础。