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基于改进人工势场法的船舶智能避碰决策
| 论文题名： | 基于改进人工势场法的船舶智能避碰决策 |
| 关键词： | 航行安全;船舶智能避碰决策;改进人工势场法 |
| 摘要： | 随着经济的快速发展，贸易全球化的不断加快。海上运输业日益繁荣，交通密度逐渐增大，海上交通事故发生率也逐年变多，其中碰撞事故居多。据国际海事组织的报告称全球五分之四的海上事故发生原因都与人为因素有关。因此减少人为操作，提高船舶的智能化与自动化势在必行。因此国际海事组织正积极推进水上自主船舶的研究和发展。在智能船舶的科研项目中关于船舶自主智能避碰的研究是研究的难点之一。 而在目前国内外的研究中，研究者通过各种智能算法来构建避碰决策。但如何让智能避碰决策能实时的、动态的以及符合《国际海上避碰规则》的约束为船员提供正确的决策方案，成为研究中的难点。而人工势场法相对于其他智能算法，实时性较强、应用范围广适用性强、结构简单运算时间较短易于实现实时控制与改进。 因此本文基于改进的人工势场法构建了一种符合《国际海上避碰规则》的开阔水域船舶智能避碰决策。主要工作如下： （1）定义并构建了矢向角四象限计算模型，并基于此模型构建了航向角与方位角计算模型方便船舶参数的计算。引入船舶碰撞危险度对船舶碰撞风险进行量化，并对基于模糊数学原理的船舶碰撞危险度模型进行了适当优化。 （2）给出了一个表述清晰、符合数学逻辑且能实际运用于数学运算的传统人工势场数理模型。并基于传统人工势场法构建了避碰决策模型。 （3）针对基于传统人工势场的避碰决策模型所存在的问题，对传统人工势场的引力函数进行了优化，并使用虚拟障碍物法和碰撞危险度对传统人工势场斥力进行优化改进。同时为保证所构建决策的合理性，构建了斥力增益系数计算模型来对避碰决策进行优化。最后基于改进人工势场法构建了船舶避碰决策模型。 最终本文基于改进人工势场法构建了一个开阔水域符合《国际海上避碰规则》要求的船舶智能避碰决策。使用决策在各种会遇情况中进行仿真实验。仿真结果表明，船舶智能避碰决策符合《国际海上避碰规则》规定，证明了所构建智能避碰决策的有效性。 |
| 作者： | 江行 |
| 专业： | 航海科学与技术 |
| 导师： | 史国友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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