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原文传递基于萤火虫算法的船舶避碰研究

论文题名：	基于萤火虫算法的船舶避碰研究
关键词：	船舶避碰;萤火虫算法;避碰规则;航行安全;船舶运动
摘要：	由于海上船舶数量的不断增加，导致船舶碰撞事故经常发生，因此对于船舶避碰的研究是十分必要的。目前船舶避碰较少考虑避碰规则和转向幅度的要求，存在着避碰效率较低等问题。本文针对开阔水域的船舶避碰进行研究，由于船舶碰撞事故的后果非常严重，因此对船舶的避碰效率有较高的要求。通过对标准萤火虫算法进行改进，提高算法的收敛速度和精度。同时考虑到船舶避碰的实际情况，对随机生成的初始种群进行筛选，从而提高了避碰效率。将避碰规则与智能算法的目标函数相结合，使避碰路径不仅符合经济和安全性，还符合避碰规则和转向幅度的要求。　　（1）通过阅读船舶避碰的文献，介绍了船舶避碰的一般过程、船舶领域、船舶运动参数等相关的基础知识。为了选择合适的避碰算法，分析遗传算法、粒子群算法和标准萤火虫算法的优缺点，并确定了将标准萤火虫算法作为船舶避碰的主要算法。　　（2）介绍标准萤火虫算法的原理、数学公式和算法流程，并对算法进行改进。当萤火虫个体距离较远时，难以向优秀个体靠近，因此对位置更新公式进行改进。由于算法的步长因子为固定值，无法自主调节，则提出了一种自适应步长，并且对搜索空间进行了约束。改进萤火虫算法改善了陷入局部最优的情况，提高了收敛的速度和精度。　　（3）将改进萤火虫算法应用到船舶避碰研究中。对初始种群中不符合实际情况的避碰路径进行筛选，减少算法对无效个体的运算时间。建立基于安全性、避碰规则、转向幅度和经济性的船舶避碰目标函数，通过将目标函数线性加权综合考虑各个因素对避碰的影响。同时为了解决平滑性的问题，符合船舶的回转情况，将Dubins曲线与避碰路径相结合。　　（4）通过MATLAB进行仿真，设计了两船会遇仿真，分别为对遇局面、交叉局面和追越局面三种情况，并对障碍船违反规则改变航向的情况进行仿真。结果证明可以快速的寻找到可行的避碰路径，满足避碰规则和转向幅度的要求。设计了多船会遇的仿真并和传统的实时避碰路径规划进行对比，本文的避碰方法调用的算法次数较少，避碰效率较高。
作者：	孙牧
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