基于改进人工势场法的船舶自动避碰研究

作     者：张德利 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟

授予年度：2021年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0815[工学-水利工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：船舶避碰 路径规划 人工势场法 模拟退火算法 

摘      要：随着科技的不断发展进步以及国家“十四五规划的出台,航运业正逐步走向智能化时代。谈及航运安全以及智能化时代,船舶自动避碰为重要研究方向,越来越多的专家学者投身于这一领域的研究。本文主要针对船舶避碰领域这一内容进行研究,采用改进人工势场法与模拟退火算法相结合进行仿真实验并得出结论。首先,对传统人工势场法进行分析,对其存在的两个缺陷进行研究。其次,对传统人工势场法的缺陷进行改进,分别通过改进其原有的势场函数以及结合模拟退火算法进行改进。最后,利用改进后的算法建立模型并进行仿真实验得出结论。本文梳理了国内外船舶自动避碰的研究方法和进展,主要探讨基于人工势场法的船舶自动避碰,利用改进人工势场法并结合模拟退火算法建立模型,验证其合理性。论文的主要内容如下:(1)总结整理了船舶自动避碰领域相关算法。阐述人工势场法和模拟退火算法以及船舶领域相关基础理论知识。(2)设计基于改进人工势场法的船舶自动避碰模型,通过改进原有的势场函数解决传统人工势场法中目标不可达的问题,将模拟退火算法融于其中以解决局部极小值的问题,通过船舶领域限定本船与其他障碍物的安全距离。以船舶转向作为避碰唯一变量,建立船舶自动避碰模型。(3)通过Matlab软件对局部船舶自动避碰模型进行仿真实验,设计建立基于单一人工势场法以及改进人工势场法的船舶自动避碰模型,包括静态障碍物以及动态航行船舶的局面,仿真结果显示能够解决传统人工势场法中存在的“目标不可达“局部极小值等问题,同时保证船舶自动避碰的实时性、有效性以及安全性,且避碰路径平滑,表明本文改进的算法具有一定的可行性。