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原文传递桥群水域船舶动态路径规划研究

论文题名：	桥群水域船舶动态路径规划研究
关键词：	桥群水域;船舶通航;路径规划;桥墩紊流区建模;碰撞检测;混合智能算法
摘要：	随着交通运输业的迅速发展，国家“一带一路”及“长江经济带”重大发展战略的提出，跨江桥梁的集群化建设已在长江、珠江等多处水域形成，桥梁建设的集群化发展在促进流域经济发展的同时，给水域船舶及桥梁安全也带来了新的挑战。武汉长江大桥和南京长江大桥的接连被撞，凸显了研究桥区水域船舶通航安全问题的必要性。　　船舶路径规划属于船舶自主航行研究领域的重要组成部分，为了减少桥梁船撞事故，保障桥梁及船舶通航安全，最终实现桥群水域船舶自主航行。本文以长江武汉段为例，建立了桥群水域船舶通航坏境模型与路径规划代价模型，在多约束条件下，运用现行智能算法开展了桥群水域船舶路径规划研究。所提算法不仅可以解决桥群水域船舶路径规划问题，还能够为其他复杂水域船舶及无人艇自主航行提供理论基础。　　分析了长江武汉段桥群水域特征，基于桥群布局，给出了计算桥墩中心及各顶点的二维坐标公式，界定了桥墩紊流区及安全富裕量，建立了适用性较强的能够反映武汉段桥群水域通航环境特征的桥墩模型。分析了可航水域边界、船舶转向角及转向点数量三种约束条件，通过建立路径长度代价计算模型和碍航物碍航代价计算模型，采用加权法多目标优化方法得到路径规划总的代价计算模型，将路径规划问题转化为求解多维非线性函数最小值问题。　　运用matlab软件，使用Dijkstra算法、基于Dijkstra算法的混合蚁群算法、遗传算法、粒子群算法及粒子群算法与遗传算法相结合的混合智能算法五种算法进行了静态环境下桥群水域船舶路径规划的仿真，并对仿真结果进行了分析比较，最后选定了粒子群算法与遗传算法相结合的混合智能算法作为研究船舶动态路径规划的方法。　　在静态环境模型中，引入具有一定速度和方向的动态碍航物，建立了桥群水域动态环境模型；分析了船舶会遇态势，提出了求取本船与目标船的最近会遇距离与最近会遇时间的公式，通过设置船舶与运动碍航物间的最小安全距离，设计了动态碰撞检测模块。在船舶静态路径规划的基础上，运用 matlab软件，加上时间约束，开展了本船追越运动碍航物、本船与运动碍航物小角度交叉及大角度交叉三种局面的船舶动态路径规划仿真，并对仿真结果、避碰过程及追越过程进行了分析，验证了算法的有效性。
作者：	高如江
专业：	交通信息工程及控制
导师：	王当利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文