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基于多智能体深度强化学习的多船协同避碰策略

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计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 1972-1988页

作者：黄仁贤罗亮武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430064 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430064 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572019

为了提高多船会遇时智能避碰策略的协同性、安全性、实用性和节能性,在中心化训练去中心化执行框架下,结合优先经验回放机制提出一种多智能体Softmax深层双确定性策略梯度PER-MASD3算法,用于解决多船协同避碰问题,该算法不仅解决了双延... 详细信息

为了提高多船会遇时智能避碰策略的协同性、安全性、实用性和节能性,在中心化训练去中心化执行框架下,结合优先经验回放机制提出一种多智能体Softmax深层双确定性策略梯度PER-MASD3算法,用于解决多船协同避碰问题,该算法不仅解决了双延迟确定策略梯度(TD3)算法存在的值估计偏差问题,还在模型训练过程中引入熵正则项,以促进探索和控制随机控制策略,采用自适应噪声对不同阶段的任务进行有效探索,进一步提升了算法的学习效果和稳定性。通过实验验证,所提算法在解决多船协同避碰问题上具有较好的决策效果、更快的收敛速度和更稳定的性能。

关键词：多智能体深度强化学习协同避碰中心化训练去中心化执行优先经验回放多智能体Softmax深层双确定性策略梯度

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基于形函数的船体梁总纵弯矩识别方法研究

中国造船 2024年第4期65卷 77-88页

作者：徐耕读甘进高梓昂吴卫国高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

船体梁抵抗总纵弯曲的能力是船体结构安全性与可靠性校核的重要指标。为了提升船体结构总纵弯矩识别的精度,基于形函数的载荷识别提出了改进的总纵弯矩识别方法。通过数值分析与试验方法,以空心薄壁方形梁为研究对象,选取了三阶幂函数... 详细信息

船体梁抵抗总纵弯曲的能力是船体结构安全性与可靠性校核的重要指标。为了提升船体结构总纵弯矩识别的精度,基于形函数的载荷识别提出了改进的总纵弯矩识别方法。通过数值分析与试验方法,以空心薄壁方形梁为研究对象,选取了三阶幂函数、复合三角函数和拉格朗日函数这3种典型基函数构成的形函数评估了改进方法的有效性。结果表明,不论选取何种形函数,所采用的改进方法均能有效提升船体梁总纵弯矩的识别精度。该方法可应用于与船体健康监测相关的实际工程。

关键词：总纵弯矩识别形函数船体梁健康监测影响系数矩阵法

面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构及应用

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汽车工程 2024年第8期46卷 1335-1345,1356页

作者：张佳楠胡钊政孟杰胡华桦左洁武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430000 武汉理工大学重庆研究院重庆401120

为解决车路图协同仿真环境下的单机式测试平台效率低下、系统可扩展性不足的问题,本文提出了一种面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构,并将该平台命名为VIMS(vehicle-infrastructure-map system)。VIMS平台以CARLA作为虚拟仿... 详细信息

为解决车路图协同仿真环境下的单机式测试平台效率低下、系统可扩展性不足的问题,本文提出了一种面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构,并将该平台命名为VIMS(vehicle-infrastructure-map system)。VIMS平台以CARLA作为虚拟仿真引擎,通过引入真实高精地图,接入驾驶模拟器、信号机等硬件在环设备,形成了虚实结合的交通场景;考虑功能的交互作用,VIMS平台分为主世界、智能车、智能路侧和高精地图4个模块,采用ROS分布式架构实现模块内部的相对独立和模块间的互联互通;考虑到平台的计算可靠性与可用性,采用分布式计算实现4个模块间的独立计算。通过车道保持和车路图协同定位算法为例进行应用验证,通过平台实现了数据采集、传输和算法的验证测试与评价,结果表明,本文所提出的平台可以实现车、路、图协作的实时仿真,保证模块的有机运行,系统架构可扩展性高。

关键词：车路协同高精地图虚实结合仿真自动驾驶

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公路隧道入口区域驾驶人吸睛效应综合评价

交通运输系统工程与信息 2024年第2期24卷 313-322页

作者：韩磊杜志刚马傲君焦方通武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255000

为全面和系统评价公路隧道入口区域视觉吸引对驾驶人吸睛效应视觉表现的影响,本文招募30名被试开展自然驾驶实验,采集驾驶人在公路隧道入口区域不同视觉吸引条件下的眼动数据,基于因子分析法选取驾驶人吸睛效应敏感评价指标,并分别构建... 详细信息

为全面和系统评价公路隧道入口区域视觉吸引对驾驶人吸睛效应视觉表现的影响,本文招募30名被试开展自然驾驶实验,采集驾驶人在公路隧道入口区域不同视觉吸引条件下的眼动数据,基于因子分析法选取驾驶人吸睛效应敏感评价指标,并分别构建线性混合效应模型和数据包络分析模型,识别和探究公路隧道入口区域视觉吸引对驾驶人吸睛效应视觉表现的影响特征和作用机理。结果表明:因子分析结果显示,驾驶人吸睛效应敏感视觉指标为注视持续时间、瞳孔直径、扫视持续时间和扫视幅度;公路隧道入口区域不同视觉吸引条件对驾驶人吸睛效应的视觉表现和综合效率有显著影响,且受驾驶人年龄和驾驶经验的个体特质因素影响显著,而性别因素对其没有显著性影响;视觉吸引的存在均会不同程度地损害驾驶人的正常视觉绩效,降低其合理有效性;提示标语视觉吸引条件下,驾驶人的视觉注意水平最差,视觉认知负荷程度最高,吸睛效应的负面影响最大,广告牌条件次之。

关键词：交通工程吸睛效应线性混合效应模型数据包络分析隧道入口区域交通安全

基于MobileViT-CA模型的营运车辆驾驶人分心行为检测

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中国公路学报 2024年第1期37卷 194-204页

作者：贺宜鲁曼可高嵩曹博李继朴武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构... 详细信息

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构建包含安全驾驶、使用手机、喝水、整理仪容和与副驾驶交谈5类行为的营运车辆驾驶人分心行为数据集。其次,将注意力机制引入轻量型MobileViT网络,通过选择有效的网络主干MobileViT、注意力模块CA、网络嵌入位置从而设计出最优分类模型MobileViT-CA。研究结果表明:所提出的MobileViT-CA分类模型可以有效提升分类网络的性能,在正常光照条件下的营运车辆驾驶人分心行为数据集和State Farm数据集上分别达到了96.57%和99.89%的准确率,且模型具有体积小、检测精度高的优势,有较高的可靠性和泛化能力。

关键词：交通工程营运车辆分心驾驶行为检测 MobileViT网络注意力机制

碳钢和不锈钢在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀研究现状

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表面技术 2024年第2期53卷 15-27,70页

作者：陈杨嵋贺小燕黄谦熊汉桢白秀琴武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063

微生物腐蚀(Microbiological Induced Corrosion,MIC)带来的危害占海洋腐蚀危害的20%。微生物腐蚀是指由于微生物的生命活动及其代谢产物与金属材料相互作用,影响腐蚀反应的阴极和阳极过程所引发的腐蚀现象,已成为海运业面临的重大技术... 详细信息

微生物腐蚀(Microbiological Induced Corrosion,MIC)带来的危害占海洋腐蚀危害的20%。微生物腐蚀是指由于微生物的生命活动及其代谢产物与金属材料相互作用,影响腐蚀反应的阴极和阳极过程所引发的腐蚀现象,已成为海运业面临的重大技术难题,研究海洋微生物腐蚀对推进我国海洋事业的发展有重要意义。金属材料微生物腐蚀包括全面腐蚀和局部腐蚀,局部腐蚀的危害更大,而点蚀被认为是危害最大的局部腐蚀形式。海洋微生物种类繁多,本文聚焦于硫元素的参与者硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria,SRB)、铁元素的参与者铁还原细菌(Iron-reducing Bacteria,IRB)和铁氧化细菌(Iron-oxidizing Bacteria,IOB)所引发的微生物点蚀问题,包括由细菌不均匀的生物膜与腐蚀产物膜以及细菌本身的特性引起的点蚀。以广泛应用于海洋平台和船舶的碳钢和不锈钢为对象,分析其在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀状况,从腐蚀形貌和腐蚀产物两方面对比了碳钢、不锈钢在不同细菌体系中的腐蚀差异,腐蚀形貌分析包括腐蚀产物形貌和去除腐蚀产物后金属表面形貌的分析,腐蚀产物分析主要聚焦于金属材料表面不同成分与含量的变化。从代谢产物理论、氧浓差电池作用理论阐释了碳钢和不锈钢的点蚀机理,指出微生物点蚀研究需要综合考虑多种因素,包括多菌种的相互作用和多种环境因素对金属材料的点蚀影响,以及微生物对耐蚀金属材料的点蚀影响等。

关键词：微生物点蚀碳钢不锈钢腐蚀形貌点蚀机理

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水下航行器自由视角探测的多波束声呐仿真

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 30-36页

作者：陈德山王之森汪洋吴兵水路交通控制全国重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063

针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法.首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像... 详细信息

针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法.首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像快速生成;其次建立水下地形、航行器路径和探测视角耦合的自由扫测模型,实现水下自由视角扫测与成像;最后针对声呐图像干扰的高逼真仿真问题,提出一种基于实测数据拟合的结构化噪声和回波重影建模方法,进一步提高仿真声呐图像的逼真度.实验结果表明:该模型能够有效实现水下航行器自由视角扫测过程的位姿和声呐数据组合仿真,生成具有一定逼真度的多波束声呐图像.

关键词：水下航行器自由视角多波束声呐射线声学声呐图像仿真

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船舶混合动力系统能量管理预测控制方法研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 162-173页

作者：范爱龙李永平杨强涂小龙武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 工业和信息化部产业发展促进中心北京100038 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制... 详细信息

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制在船舶能量管理中的重要性;从预测建模、优化目标及约束、求解和改进策略等3个方面开展了船舶能量管理预测控制方法的分析;最后从考虑可再生能源的能量管理策略、建模与验证的标准化、协同优化和多维度评估等方面对船舶能量管理预测控制的未来研究进行展望。结果表明:模型预测控制在智能船舶、多能源船舶等复杂的动力系统的实时控制中具有重要潜力。与其他算法结合开展多目标算法融合是提升控制精度和计算实时性的重要途径,开展多维度测试评估有利于推动策略的实船应用。

关键词：混合动力船舶能效能量管理模型预测控制 CiteSpace 可视化分析预测建模优化算法

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预见性驾驶风险场模型

机械工程学报 2024年第10期60卷 160-170页

作者：褚端峰彭赛骞胡海洋皮大伟武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063 武汉理工大学机电工程学院武汉430070 南京理工大学机械工程学院南京210094

为真实反映车辆在行驶过程中的风险,并准确预测未来潜在的驾驶风险,提出一种考虑目标车辆预测轨迹的预见性驾驶风险场模型。首先,根据场景中的地图信息和所有车辆的历史轨迹信息,来预测目标车辆的未来轨迹;然后,根据预测的目标车辆未来... 详细信息

为真实反映车辆在行驶过程中的风险,并准确预测未来潜在的驾驶风险,提出一种考虑目标车辆预测轨迹的预见性驾驶风险场模型。首先,根据场景中的地图信息和所有车辆的历史轨迹信息,来预测目标车辆的未来轨迹;然后,根据预测的目标车辆未来轨迹,以及规划的自车未来轨迹,计算自车与目标车辆之间的相对位置,以及它们之间靠近或远离的趋势;最后,通过构建的驾驶风险场模型计算自车在当前和未来时刻的驾驶风险。试验表明相比于传统的碰撞时间(Time to collision,TTC)方法,建立的预见性驾驶风险场模型能更真实地反映驾驶风险;相比于不考虑目标车辆轨迹预测的驾驶风险建模方法,建立的预见性驾驶风险场模型能判断自车与目标车辆之间靠近或远离的趋势,预测风险与真实风险的偏差约为5%,能够准确预测未来时刻的潜在驾驶风险。

关键词：驾驶风险场轨迹预测预见性驾驶风险分析智能车辆