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施工水域船舶航行诱导专家系统架构研究
| 论文题名： | 施工水域船舶航行诱导专家系统架构研究 |
| 关键词： | 船舶航行诱导;施工水域;专家系统;知识库;规则库 |
| 摘要： | 复杂水域船舶自动避碰问题是智能船舶研究的重点与难点之一。随着海洋资源开发的需求逐步增加，大批水上水下工程的实施导致船舶通航安全受到威胁。通航施工水域航行环境复杂、船舶密度大、不确定因素多，成为船舶碰撞事故高发区域。目前针对施工水域的避碰决策系统的研究与开发较少，且已有的海上自动避碰系统较少考虑船舶操纵性对避让效果的影响，建立的碰撞危险度评价模型对环境因素考虑较少，输出的避碰方案实用性不高，系统时效性有待加强。对此，提出建立一个适用于施工水域的船舶航行诱导专家系统，在传统的避碰决策系统基础上增加航行诱导功能，实时给出当前最优的避碰行动建议，全面指导驾驶员安全通过施工水域。本文的主要研究工作如下： (1)深入研究船舶避碰机理，按照船舶避碰行动过程依次建立适用于施工水域的船舶领域模型、碰撞危险度综合评价模型、船舶会遇态势判断模型、多船会遇转向决策模型，模型融合影响避碰的人、船、环境这三大因素。提出一种考虑环境的碰撞危险度综合评价方法，考虑船舶在受限水域易受到的浅底与岸壁效应。应用粗糙集约简原理修正船舶碰撞危险度模糊评价模型的权重，避免权重主观性的影响。建立一种考虑舵效的多船会遇转向决策模型，增加转向避碰行动对船舶控制性的要求。 (2)提出并建立船舶航行诱导专家系统的基本架构，主要包括：人机界面、知识库（模型库+规则库）、推理机。通过相关知识库与系统的逻辑结构构成解决问题的基本框架。将建立的避碰决策模型集成于知识库的模型库中。对不同的知识表示方法进行比较，提出一种效果更好的产生式规则与框架结合的集成知识表示方法，总结避碰规则、航行经验及专家知识构建分类诱导避碰规则库，根据本船在避碰中角色不同进一步归纳出让路船诱导避碰规则库与直航船行动规则库，并将其集成于知识库的规则库中。 (3)完成推理机的详细设计。通过推理机的逻辑推理方法与推理策略完成内部数据传递、运算与优化。为求解知识库中过程性知识，通过实例比较和声搜索与布谷鸟算法的优劣，最终选择求解效果更好的布谷鸟算法作为推理机算法模块。 (4)构思诱导专家系统的基本功能，设计GUI人机界面实现功能可视化。分别进行实地测试与仿真测试，测试结果证明，建立的诱导专家系统能够在不同施工水域环境下给予驾驶员准确的诱导避碰建议。 |
| 作者： | 刘艾瑗 |
| 专业： | 交通运输规划与管理 |
| 导师： | 谢新连 |
| 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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