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基于人工鱼群算法的受限水域船舶避碰研究
| 论文题名： | 基于人工鱼群算法的受限水域船舶避碰研究 |
| 关键词： | 船舶避碰;受限水域;人工鱼群算法;航行安全 |
| 摘要： | 随着经济全球化的发展，使得运输业日益繁荣，增加了运输业对船舶的需求量，导致航路上船舶的密度也在增加，提升了船舶之间发生事故的可能性。因此，本文以受限水域为背景，对静态障碍物使用不规则图形处理，增大航行水域面积，减少航程；并将航行规则与改进后的人工鱼群算法相融合，解决避碰路径不符合航行规则问题。本文研究内容如下。 首先，标准的人工鱼群算法在迭代进程当中其视野与步长值是不变的，影响到其搜索结果，也会导致出现振荡现象。本文对视野和步长进行自适应调整，伴随迭代进程的推进，缩减视野及步长的值，即在算法启动的初始阶段，视野及步长选取一个较大值，让人工鱼可以在解空间内进行粗略的搜索，保证了算法初始阶段全局的搜索能力及收敛速度；算法经过不停地迭代，逐步让视野及步长的值缩小，可以使其在较优解周围细致地搜寻，让算法在局部范围内寻找最优解的能力逐渐增强并改善寻优的结果。 然后，综合现有的受限水域静态障碍物避碰研究发现，对静态障碍物的处理大多使用规则的圆形，但考虑到现实航海环境的复杂性，在受限水域中供船舶行驶的水面宽度较窄，船舶操纵也受到约束，若用圆形处理障碍物，尤其是对狭长的障碍物，可能会损失较大的可航行水域。因此本文针对不规则障碍物进行凸化处理，用不规则的图形包围障碍物，仿真验证了凸化可减小在使用圆形处理障碍物侵占的可航行水域面积，在船舶转向角度和路径长度上都有所改善。 最后，依据《国际航海规则》（后文称作《规则》）对船舶的会遇局势进行了划分，并把其融入到算法中，即在判断了船舶的避让责任后，将算法种群中不符合的转向点，转化为船舶航向所在直线的对称点。设计了不同会遇局势下的仿真场景，使用MATLAB分别对追越、交叉、对遇局面、让路船违反规则及多船会遇做了仿真，结果显示本船舶在调用算法后所得的路径可有效避免碰撞的发生，同时当本船有避让责任时调用算法所得路径符合航行规则的要求。 |
| 作者： | 徐志豪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 颜德文 |
| 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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