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群桥水域船舶多约束航路规划研究
| 论文题名： | 群桥水域船舶多约束航路规划研究 |
| 关键词： | 群桥水域;PSO算法;航路规划;通航安全 |
| 摘要： | 桥区水域通航安全问题一直是桥区水域监管部门关注的热点和难点。在单桥防撞理论技术日益发达的今天，船-桥碰撞事故仍然时有发生，尤其是近年来南京长江大桥和武汉长江大桥的接连被撞，使现有桥区通航安全问题研究必要性和紧迫性凸显。 为提高桥区水域通航安全和船舶自身安全，最终实现群桥水域船舶自主航行，通过建立群桥水域通航坏境模型和航路规划代价模型，运用现代智能算法开展群桥水域航路规划研究，规划出了群桥水域静态环境和动态环境下的无碰撞最优航路，设计了逐步探测直线化算法和双相关PSO算法，实现了规划航路的线性化和最优航迹带规划，所提出算法不仅可以用来解决群桥水域航路规划问题，还能够为复杂水域船舶及无人艇自主航行提供理论基础。 分析了群桥水域特征，建立了群桥水域通航环境模型，并在此基础上建立了航路规划目标函数，将群桥水域航路规划问题转化为求多维非线性函数最小值问题。由于模型较为复杂，传统优化方法难以求解，选择粒子群（Particle Swarm Optimization, PSO）算法求解。根据环境条件和船舶自身因素构建群桥水域船舶航路规划约束条件，建立群桥水域多约束静态航路规划代价模型，采用惩罚函数方法将其转化为无约束问题，并利用PSO算法进行了静态障碍物影响下的群桥水域无约束和多约束航路规划。 为实现规划航路与动态障碍物的避碰，分析了本船与运动障碍物发生碰撞的临界时刻，从时间约束角度设计了碰撞检测模块，对发生碰撞的航路进行惩罚处理，使其在迭代中逐步淘汰，最终实现规划航路与运动障碍物的避碰。将群桥水域交通流分为可航水域内交通流和穿越可航水域交通流，依次完成了不同交通流条件下的单个运动障碍物和多个运动障碍物影响下的群桥水域航路规划研究，规划出了不同条件下的最优航路，验证了所设计算法的有效性。 由于受所建立模型限制，规划航路实际上是一系列的折线段，然而近距离多次连续转向并不符合航海实际。为了提高规划航路的适用性，提出了逐步探测直线化处理方法，对规划航路进行了线性处理，有效减少了规划航路的转向点数量，实现了航向和转向点的输出；考虑到实际航海中船舶可能会出现的偏航影响，提出了一种双相关种群PSO算法，实现了船舶最优航迹带规划，有效的提高了航路规划的实用价值。 |
| 作者： | 杨柯 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 徐言民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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