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复杂环境下船舶慢速域自主航行决策方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 113-120页

作者：赵兴亚贺益雄黄立文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

为解决复杂环境下船舶慢速域自主航行决策问题,提出符合避碰规则、良好船艺和操纵特性的可变速自主航行决策方法.在分离型运动模型中增加推力随转速和航速变化的影响因子,提出船舶慢速域操纵运动模型和自适应最优航向控制方法,精确预测... 详细信息

为解决复杂环境下船舶慢速域自主航行决策问题,提出符合避碰规则、良好船艺和操纵特性的可变速自主航行决策方法.在分离型运动模型中增加推力随转速和航速变化的影响因子,提出船舶慢速域操纵运动模型和自适应最优航向控制方法,精确预测船舶操纵运动过程.将改进的速度算法与基于定量COLREGs的四阶段理论相结合,提出了一种适用于多船复杂会遇局面、兼顾变速和变向策略的慢速域自主航行决策方法.仿真结果表明:所提出的方法能在多船会遇场景下提供有效精确的自主航行决策方案,能安全避让所有目标并及时跟踪计划航线.

关键词：自主航行避碰规则改进速度障碍多船避碰可变速MMG

基于深度强化学习的无人驾驶船舶避碰行为决策方法

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大连海事大学学报 2024年第1期50卷 11-19页

作者：关巍罗文哲崔哲闻大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为解决无人驾驶船舶的多船避碰问题,结合船舶领域知识、国际海上避碰规则(COLREGs)及船舶操纵特性,提出一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的多船会遇避碰行为决策方法。采用门控循环单元(GRU)构建神经网络模型,并进行层归一化处理,... 详细信息

为解决无人驾驶船舶的多船避碰问题,结合船舶领域知识、国际海上避碰规则(COLREGs)及船舶操纵特性,提出一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的多船会遇避碰行为决策方法。采用门控循环单元(GRU)构建神经网络模型,并进行层归一化处理,可有效处理高维观测数据,提高了行为决策的效率。本文设计的奖励函数符合国际海上避碰规则,并考虑了尽量使用小舵角进行避让的船舶操纵习惯。多船会遇的仿真实验验证了本文避碰决策方法在灵活性和有效性方面的优势。

关键词：多船避碰行为决策国际海上避碰规则(COL⁃REGs) 深度强化学习门控循环单元(GRU)

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多船确定性避碰行动最优决策模型

中国造船 2023年第6期64卷 261-271页

作者：吴天昊王欣李海滨倪生科刘正江林彬大连海事大学航海学院大连116026 大连海事大学信息科学技术学院大连116026

针对多船复杂近距离会遇态势,提出了一种确定性避碰行动最优决策模型。考虑到船舶运动具有时变时滞特性以及风浪干扰的影响,结合神经网络和后推技术设计了船舶操纵运动控制器。同时结合多船会遇特点提出了多船避碰要素动态数学模型,并... 详细信息

针对多船复杂近距离会遇态势,提出了一种确定性避碰行动最优决策模型。考虑到船舶运动具有时变时滞特性以及风浪干扰的影响,结合神经网络和后推技术设计了船舶操纵运动控制器。同时结合多船会遇特点提出了多船避碰要素动态数学模型,并利用协同船舶领域确定符合安全阈值的最优避碰策略。当让路船驶过所有船的最小会遇距离点后,利用人工势场法规划让路船驶向目标点的最优路径。最后利用该模型对多船多场景近距离会遇态势进行仿真研究。仿真结果表明,所提出的模型能够在符合避碰规则的基础上生成安全可行的避碰策略,并有效减少避碰操纵次数,即通过单次避碰行动避让所有船舶。

关键词：近距离会遇时变时滞多船避碰辅助决策模型避碰策略

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基于改进多目标麻雀搜索算法的多船避碰决策

基于改进多目标麻雀搜索算法的多船避碰决策

作者：胡文兴大连海事大学

学位级别：硕士

随着现代船舶越来越朝着大型化、高速化、自动化方向发展以及人为因素等影响,船舶碰撞事故时有发生。船舶智能避碰决策是智能航运的核心,因此开展智能避碰决策的研究对智能航运发展十分重要。本文针对开阔水域多船会遇场景下的船舶避碰... 详细信息

随着现代船舶越来越朝着大型化、高速化、自动化方向发展以及人为因素等影响,船舶碰撞事故时有发生。船舶智能避碰决策是智能航运的核心,因此开展智能避碰决策的研究对智能航运发展十分重要。本文针对开阔水域多船会遇场景下的船舶避碰决策问题,提出一种改进后的多目标麻雀搜索算法(Improved Multi-objective Sparrow Search Algorithm,IMOSSA),有助于提高船舶智能避碰决策水平,为后续智能避碰决策研究提供一定的参考和借鉴。本文主要工作内容如下:总结分析了船舶碰撞危险度和避碰行动决策算法的国内外研究现状,通过对比研究建立了综合考虑d(Distance of Closest Point of Approach)、t(Time to Closest Point of Approach)、相对方位、相对距离和船速比5大要素的碰撞危险度计算模型。在笛卡尔坐标系下求取船舶相对运动参数,根据本船与相关目标船碰撞危险度的计算结果确定重点避让船进行避碰操作。基于船舶航行安全性和经济性构建符合国际海上避碰规则和“海员通常做法”的决策目标函数,为后续研究奠定基础。为解决以往单目标优化算法将多个目标函数线性加权进行求解存在的目标冲突以及权重分配问题,提出一种基于帕累托最优和快速非支配排序的改进多目标麻雀搜索算法。为增强算法种群多样性,引入模拟退火算法中的退火策略更新麻雀种群位置;基于精英选择策略,对所有非支配解的拥挤度距离进行降序排列,剔除最小的解并重复直到保留前沿解个数,以提高算法的全局收敛性能,更快去除劣解。选取ZDT系列函数(Zero-Ductility Transition)中的ZDT1、ZDT2、ZDT3、ZDT4和ZDT6共5个经典基准测试函数对改进后算法的收敛性和均匀性进行仿真测试并和改进前算法进行对比。引入反世代距离和空间评价2个测试指标对测试结果进行评价。仿真结果表明:改进后的IMOSSA在ZDT1上的反世代距离和空间评价指标较之前分别下降了94.5%和89.7%,在ZDT2上的反世代距离和空间评价指标较之前分别下降了74.8%和82%,在ZDT3上的反世代距离和空间评价指标则分别下降了40%和66%,算法性能有明显提升,改进算法有效。梳理分析了多船会遇场景下的避碰决策过程,利用改进后算法收敛速度快、可实现全局寻优的特点,将其应用于多船会遇下的避碰决策仿真,获取符合要求的帕累托最优解。结果表明本文提出的改进多目标麻雀搜索算法用于求解多船避碰决策是有效可行的。

关键词：多船避碰麻雀搜索算法多目标优化 Pareto最优精英选择策略

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大风浪条件下考虑避碰脆弱性的多船避碰决策

山东交通学院学报 2023年第1期31卷 93-101页

作者：胡宴才张强吴恒涛山东交通学院航运学院山东威海264209

为解决大风浪影响下船舶操纵能力降低、产生避碰脆弱性、碰撞事故发生概率增大的问题,考虑船舶长度,分析大风浪因素,获得船舶避碰脆弱性;选取船舶碰撞危险度指标进行模糊推理得到基本的碰撞危险度,提出考虑船舶综合碰撞危险度的多船避... 详细信息

为解决大风浪影响下船舶操纵能力降低、产生避碰脆弱性、碰撞事故发生概率增大的问题,考虑船舶长度,分析大风浪因素,获得船舶避碰脆弱性;选取船舶碰撞危险度指标进行模糊推理得到基本的碰撞危险度,提出考虑船舶综合碰撞危险度的多船避碰决策方法。利用多船会遇构建避碰决策模糊案例库,提供对应的避碰决策,并利用仿真试验验证避碰决策方法的有效性。结果表明:多船避碰决策方法可准确计算不同长度船舶的避碰脆弱性,提供周围船舶的综合碰撞危险度,进行有效的多船避碰决策。此方法可为大风浪条件下的船舶航行安全提供重要的理论依据和数据参考。

关键词：多船避碰模糊推理案例推理避碰脆弱性碰撞危险度

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一种改进的多船转向避碰决策算法

广州航海学院学报 2023年第2期31卷 7-13页

作者：胡文兴朱金善孙慧勇秦兴奋大连海事大学航海学院辽宁大连116026

针对开阔水域多船会遇场景下的船舶避碰决策问题,提出一种改进后的多目标麻雀搜索算法(ImprovedMulti-objectiveSparrowSearchAlgorithm,IMOSSA).为增强种群多样性,引入模拟退火算法中的退火策略更新麻雀种群位置;基于精英选择策略,对... 详细信息

针对开阔水域多船会遇场景下的船舶避碰决策问题,提出一种改进后的多目标麻雀搜索算法(ImprovedMulti-objectiveSparrowSearchAlgorithm,IMOSSA).为增强种群多样性,引入模拟退火算法中的退火策略更新麻雀种群位置;基于精英选择策略,对所有非支配解的拥挤度距离进行降序排列,剔除最小的解并重复直到保留前沿解个数,以提高算法的全局收敛性能,更快去除劣解.仿真结果表明,改进后的IMOSSA在ZDT1上的反世代距离和空间评价指标较MOSSA分别下降了94.5%和89.7%,在多船会遇局面中能够得到符合条件的最优避碰转向角,有助于提高船舶智能避碰决策水平。

关键词：多船避碰麻雀搜索算法多目标优化 Pareto前沿精英选择策略

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多船避碰智能决策的生成与优化方法

信息与控制 2003年第2期32卷 189-192页

作者：李丽娜熊振南任勤生集美大学航海学院厦门361021 集美大学现代教育技术中心厦门361021

多船避碰是船舶避碰中最复杂的问题 ,也是船舶自动避碰方法研究中的难点之一 .本文首先简述船舶智能避碰的策略 ,再讨论多船会遇态势的划分原则及其分类。

关键词：船舶自动避碰方法人工智能多船避碰智能决策优化宽水域

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基于避碰重点船算法的多船避碰模拟

大连海事大学学报 2014年第1期40卷 13-16页

作者：薛彦卓魏伊孙淼哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

为减少船舶碰撞事件,实现宽阔水域中多船避碰,以本船作为让路船,应用DCPA和TCPA加权法计算船舶会遇危险度,采用避碰重点船的方法分析多船会遇的影响因素,生成有效的行驶路线.为获得不同海况下多船(会遇的)避碰模拟,分别模拟四船不同起... 详细信息

为减少船舶碰撞事件,实现宽阔水域中多船避碰,以本船作为让路船,应用DCPA和TCPA加权法计算船舶会遇危险度,采用避碰重点船的方法分析多船会遇的影响因素,生成有效的行驶路线.为获得不同海况下多船(会遇的)避碰模拟,分别模拟四船不同起点、不同航速会遇,并比较四船会遇和三船会遇时船舶航行路线.结果表明,该方法可以使船舶安全避碰,证明了不同数量的船舶会遇时均可以智能寻找路径.

关键词：多船避碰宽阔水域避碰重点船

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基于复杂性地图的多船避碰模拟

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2017年第3期41卷 401-405,410页

作者：文元桥郑海涛周春辉肖长诗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 国家水运安全工程技术研究中心武汉430063

为研究港区水域多船避碰问题,提出建立复杂性地图来为避碰提供信息决策的方法.扰动船在到达水域边界之前,利用联合避碰算法,并考虑《国际海上避碰规则》来对扰动船以每种可能的航向进入水域而给水域内的船舶所带来的复杂性值进行计算,... 详细信息

为研究港区水域多船避碰问题,提出建立复杂性地图来为避碰提供信息决策的方法.扰动船在到达水域边界之前,利用联合避碰算法,并考虑《国际海上避碰规则》来对扰动船以每种可能的航向进入水域而给水域内的船舶所带来的复杂性值进行计算,从而构建出复杂性地图.利用该复杂性地图提前为扰动船决定一个合适的进入水域的位置和航向,保证该船以此方式进入时,其与水域内他船没有碰撞冲突或者为直航船,从而减少水域内船舶为避碰所需的操纵活动.通过两种交通情景来建立复杂性地图,并对该地图提供的避碰决策信息的有效性进行验证,仿真结果表明,利用复杂性地图提供的信息均成功地在总体避碰操纵活动最小的要求下,为扰动船选取了合适的进入点和航向来安全通过该水域,并到达其最终目的地,结果证明了该方法的可行性.

关键词：港区水域复杂性地图联合避碰算法国际海上避碰规则多船避碰