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Submarine Multi-Model Switching Control Under Full Working Condition Based on Machine Learning

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Journal of Shanghai Jiaotong university(Science) 2022年第3期27卷 402-410页

作者： LIANG Liang SHI Ying mou junmin School of Automation Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology School of NavigationWuhan University of TechnologyWuhan 430063China

A continuous submarine depth control strategy based on multi-model and machine learning switching method under full working condition is proposed in this paper.A submarine motion model with six-degree-offreedom is first built and decoupled according to the force *** control set with corresponding precise model set is then optimized according to different working *** multi-model switching strategy is studied using machine learning *** simulation experiments indicate that a multi-model controller comprised of the proportional-integral-derivative(PID),fuzzy PID(FPID)and model predictive controllers with support vector machine(SVM)switching strategy can realize the continuous submarine depth control under full working condition,showing a good control performance compared with a single PID controller.

关键词： multi-model switching control machine learning model decoupling submarine

Collision-avoidance path planning for multi-ship encounters considering ship manoeuvrability and COLREGs

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Transportation Safety and Environment 2021年第2期3卷 103-113页

作者： Yixiong He Zhaoran Li junmin mou Weixuan Hu Liling Li Bing Wang School of Navigation Wuhan University of TechnologyWuhanHubei 430063China Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology WuhanHubei 430063China Wuhan Technical College of Communications WuhanHubei 430060China

Ship collision prevention has always been a hot topic of research for navigation ***,autonomous ships have gained much attention as a means of solving collision problems by machine control with a collision-avoidance *** important question is how to determine optimal path planning for autonomous *** paper proposes a path-planning method of collision avoidance for multi-ship encounters that is easy to realize for autonomous *** ship course-control system uses fuzzy adaptive proportion-integral-derivative(PID)control to achieve real-time control of the *** automatic course-altering process of the ship is predicted by combining the ship-motion model and PID *** to the COLREGs,ships should take different actions in different encounter ***,a scene-identification model is established to identify these *** avoid all the TSs,the applicable course-altering range of the OS is obtained by using the improved velocity obstacle *** optimal path of collision avoidance can be determined from an applicable course-altering range combined with a scene-identification ***,the path planning of collision avoidance is realized in the multi-ship environment,and the simulation results show a good *** method conforms to navigation practice and provides an effective method for the study of collision avoidance.

关键词： autonomous ships collision avoidance path planning ship manoeuvrability COLREGs

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交叉相遇局面让路船自动避碰行动方案

哈尔滨工程大学学报 2015年第8期36卷 1024-1029页

作者：贺益雄黄立文牟军敏熊勇武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室湖北武汉430063

为研究交叉相遇局面让路船自动避碰方案,通过局面要素将局面分为4个阶段,基于避碰规则和海员通常做法研究各个阶段自动避碰行动。紧迫局面形成点和紧迫危险形成点的计算以MMG模型和圆形船舶领域模型为基础,依靠基于龙格库塔方法和二分... 详细信息

为研究交叉相遇局面让路船自动避碰方案,通过局面要素将局面分为4个阶段,基于避碰规则和海员通常做法研究各个阶段自动避碰行动。紧迫局面形成点和紧迫危险形成点的计算以MMG模型和圆形船舶领域模型为基础,依靠基于龙格库塔方法和二分法的数学模型实现。改进的碰撞危险度模型以空间碰撞危险度和时间碰撞危险度基于海员通常做法合成。一种新的最有效避让方式比较模型用于产生碰撞危险产生以前和紧急情况下的自动避碰方案。以一艘交叉相遇局面让路船为对象进行仿真,验证采用的数学模型并生成应采取的自动避碰行动。结果表明:MMG模型精度满足要求;基于二分法的局面要素数值化计算模型能可靠、快速地收敛;可生成符合避碰规则和海员通常做法的自动避碰方案。

关键词：让路船船舶领域水动力模型交叉相遇局面自动避碰二分法避碰规则

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成山角水域动态自适应自主航行决策方法

哈尔滨工程大学学报 2023年第10期44卷 1680-1688页

作者：贺益雄于德清刘霄王丰牟军敏武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室湖北武汉430063

为研究成山角分道通航制水域船舶自主航行方法,本文数字化了该水域交通环境,探究了碰撞危险度量化模型和动态避碰机理。建立了耦合船舶航向控制方法、非线性操纵运动模型和航线跟踪方法的自动航行模型。基于时序滚动提出了能适应目标船... 详细信息

为研究成山角分道通航制水域船舶自主航行方法,本文数字化了该水域交通环境,探究了碰撞危险度量化模型和动态避碰机理。建立了耦合船舶航向控制方法、非线性操纵运动模型和航线跟踪方法的自动航行模型。基于时序滚动提出了能适应目标船机动和自校正误差的自主航行决策方法,该方法考虑了避碰规则和良好船艺的要求。实验结果表明:本船可让清所有目标船并按计划航线航行;预设场景中,本船在31 s、3762 s右转14°、5°可安全通过。本文提出的方法可为分道通航制水域的自主航行提供理论基础。

关键词：分道通航制碰撞危险度避碰机理自主航行决策航线跟踪避碰规则良好船艺交通环境数字化

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基于仿真数据的内河水网船舶排放清单

中国航海 2017年第3期40卷 98-102页

作者：牟军敏龚帅陈曦武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室武汉430063

针对有关内河船舶活动的真实数据相对缺乏,直接利用该数据建立排放清单较为困难的问题,提出基于交通流仿真数据开展内河水网船舶排放清单研究的方法。以浙江省北部内河水网为例,仿真、验证交通流和船舶个体活动数据,结合船舶引擎功率的... 详细信息

针对有关内河船舶活动的真实数据相对缺乏,直接利用该数据建立排放清单较为困难的问题,提出基于交通流仿真数据开展内河水网船舶排放清单研究的方法。以浙江省北部内河水网为例,仿真、验证交通流和船舶个体活动数据,结合船舶引擎功率的排放因子建立4种不同交通情形下的船舶排放清单,并对交通参数和船舶排放特征基础数据进行相关性分析。该研究可为相关部门从交通控制和组织的角度制订节能减排措施提供参考。

关键词：水路运输船舶排放交通流船舶能效运营指数节能减排

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基于AIS数据的船舶操纵性指数辨识研究

系统仿真学报 2017年第2期29卷 402-408页

作者：宁方鑫熊勇牟军敏黄兴东武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室湖北武汉430063

基于船舶自动识别系统(AIS)数据提出一种船舶操纵性指数的辨识模型。通过对船舶AIS数据进行处理和解码,运用三次样条插值法对ROT值进行数据重构。通过时间序列的频谱分析法筛选合适的ROT值航段,通过船载航行数据记录仪(VDR)获得船舶在选... 详细信息

基于船舶自动识别系统(AIS)数据提出一种船舶操纵性指数的辨识模型。通过对船舶AIS数据进行处理和解码,运用三次样条插值法对ROT值进行数据重构。通过时间序列的频谱分析法筛选合适的ROT值航段,通过船载航行数据记录仪(VDR)获得船舶在选定ROT值航段的舵角信息。运用粒子群优化算法(PSO)对处理后的AIS数据进行参数辨识,得到船舶在当前速度下的船舶操纵性指数值。通过与船舶真实操纵性指数值进行Z型仿真试验和旋回仿真试验对比,结果表明,应用粒子群优化算法可以实现基于AIS数据的船舶操纵性指数的辨识。

关键词：自动识别系统(AIS) 船舶运动响应模型三次样条插值法功率谱粒子群算法参数辨识

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基于AIS信息的船舶航迹带尺度确定与分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2015年第6期39卷 1278-1282页

作者：周翠肖进丽牟军敏武汉理工大学航运学院湖北省内河航运技术重点实验室武汉430063

为更客观地确定船舶在港口水域中航迹带尺度,提出了一种利用AIS数据计算船舶航迹带尺度的方法.该方法采用实船观测到的AIS数据,运用最小二乘法原理及船舶航迹带理论模型,拟合得到直线与转弯船舶航迹段的方程,计算出航迹带主要尺度(航迹... 详细信息

为更客观地确定船舶在港口水域中航迹带尺度,提出了一种利用AIS数据计算船舶航迹带尺度的方法.该方法采用实船观测到的AIS数据,运用最小二乘法原理及船舶航迹带理论模型,拟合得到直线与转弯船舶航迹段的方程,计算出航迹带主要尺度(航迹带宽度和转弯半径),并推算出船舶的漂移系数n的取值范围.将计算结果与现行的《海港总体设计规范规范》进行对比分析.结果表明,该计算方法是可行的.

关键词： AIS 航迹带宽度转弯半径船舶漂移系数回归分析

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一种内河顶推船队的引航控制模型

中国航海 2011年第3期34卷 64-68页

作者：牟军敏邹早建黄立文武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

引航控制模型是考虑了人在控制闭环中作用的船舶自动引航模型,它不同于精确控制航迹或者航向的自动舵控制模型,重点在于量化和探索船舶驾引知识和经验。它是港口航道设计和安全评估经常采用的快时模拟的基础。基于模糊推理方法,结合系... 详细信息

引航控制模型是考虑了人在控制闭环中作用的船舶自动引航模型,它不同于精确控制航迹或者航向的自动舵控制模型,重点在于量化和探索船舶驾引知识和经验。它是港口航道设计和安全评估经常采用的快时模拟的基础。基于模糊推理方法,结合系列内河船队操纵性实测数据与实际操船经验,设计出一种仿真智能的内河顶推船队引航控制模型,并以某顶推船队为原型,进行了仿真试验。结果表明:引航控制建模方法,包括隶属度函数和推理规则的确定能忠实地反映人员操舵控制过程。这种建模方法可为快时模拟论证等工作提供理论和技术支持。

关键词：水路运输内河船队引航控制模型快时模拟通航安全模糊推理

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基于MMG和船舶领域的对遇局面自动避碰

中国航海 2014年第4期37卷 92-95页

作者：贺益雄黄立文牟军敏武汉理工大学航运学院武汉430063 内河航运技术湖北省重点实验室武汉430063

为研究开阔水域中船舶对遇局面下的自动避碰方案,对对遇局面中两船会遇的不同阶段进行划分,在此基础上进一步分析实现船舶自动避碰需对会遇局面要素进行的定义和计算。提出使用船舶三自由度MMG水动力模型和平移中心椭圆船舶领域模型理论... 详细信息

为研究开阔水域中船舶对遇局面下的自动避碰方案,对对遇局面中两船会遇的不同阶段进行划分,在此基础上进一步分析实现船舶自动避碰需对会遇局面要素进行的定义和计算。提出使用船舶三自由度MMG水动力模型和平移中心椭圆船舶领域模型理论,研究对遇局面避碰要素数值化计算模型和不同阶段的自动避碰方案规划。仿真结果表明:三自由度MMG水动力模型精度能够满足研究和应用要求;基于二分法的数值计算模型能可靠、快速地收敛。研究成果能为最终实现船舶对遇局面下的自动避碰奠定坚实基础。

关键词：水路运输船舶领域水动力模型定量会遇局面要素自动避碰对遇局面