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基于正六边形元胞自动机的互见中船舶避碰行为仿真研究
| 论文题名： | 基于正六边形元胞自动机的互见中船舶避碰行为仿真研究 |
| 关键词： | 航行安全;船舶避碰行为;演化规则;正六边形元胞自动机 |
| 摘要： | 现今，海上交通运输是现代社会发展的重要支柱，越来越多的船舶投入到使用中，各个水域愈加繁忙，船舶数目显著增长，而交通流密度的增大，使得船舶会遇现象增多，随之而来避碰行为也增多，危险系数变得更大。船舶一旦发生事故，其可能会造成的生命财产损失是十分巨大的，因此，为降低船舶碰撞概率，提高船舶航行安全性，对船舶行为进行建模仿真是一个有效的手段。 对船舶避碰行为这种交通流方向的建模方法之一是元胞自动机技术，其具有简单的结构，可以设置灵活的演化规则。它将整体拆分为占满整个空间的元件，设定演化规则让元件之间相互作用，对现实情况进行模拟。现在，元胞自动机技术己经在众多领域发挥作用。在交通流研究中，元胞自动机技术也发挥着重要的作用，特别是在道路交通流的研究中成果颇丰，已经有部分研究在实践中的到应用并且取得了良好的效果。但是，在船舶交通流领域，关于元胞自动机技术的应用研究还相对较少，而正六边形元胞自动机技术的研究更是接近空白，因此，本文尝试将正六边形元胞自动机技术引入到船舶避碰行为这一海上交通工程中的小领域进行研究。 首先，本文对当前船舶交通流模拟仿真的研究和基于元胞自动机的交通流模拟仿真的研究进行了梳理，并进行了分析、比较。由于现有的船舶交通流模型中应用正六边形元胞自动机技术的不多，因此，本文参考了基于正六边形元胞自动机的行人疏散模型和道路交通流模型，结合船舶行为特点，提出一种基于正六边形元胞自动机的互见中船舶避碰行为模型。本文模型中，根据需要进行仿真的实际情况将船舶运动空间分成大小合适的正六边形元胞，每艘船舶有包括静止在内的7个运动方向。根据元胞自动机时间离散化的特点，取船舶速度的近似整数比作为元胞移动速度。 其次，制定船舶移动、转向、停船等元胞演化规则；同时基于老铁山水道的船舶行为分析，制定船舶领域范围，并根据其设定船舶危险领域和动界。由此得到100米级别和200米级别船舶的不同的船舶危险领域、船舶领域、动界。由以上的设置对船舶避碰行为仿真提供现实依据。 最后，使用MATLAB软件，设计了船舶避碰可视化仿真程序，并基于上述演化规则分别对同型船舶和不同型船舶2种情景下的船舶追越、对遇过程进行了可视化仿真。仿真结果表明，该模型对于现实中的船舶避碰过程有着较为真实的反映，对于船舶避碰行为研究能提供一种新方法，为现实中的评估航路规划提供一定的参考价值。 |
| 作者： | 马鹏森 |
| 专业： | 海上交通工程 |
| 导师： | 付玉慧 |
| 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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