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多物标场景下船舶避碰动态路径规划研究
| 论文题名： | 多物标场景下船舶避碰动态路径规划研究 |
| 关键词： | 船舶航行;避碰决策;动态路径;多物标场景 |
| 摘要： | 随着数据挖掘、人工智能、传感器、物联网等新技术的突破，智能船舶和智能航运已然成为未来航运业发展的必然趋势，而船舶避碰动态路径规划是未来智能船舶自主航行和智能航运船舶避碰决策面临的关键问题。 论文面向智能船舶和智能航运发展需求，运用船舶交通冲突技术和人工势场（Artificial Potential Field，APF）理论等，系统研究动态船舶与静态障碍物等多物标共存场景下的船舶避碰动态路径规划方法。主要研究内容如下： （1）研究了基于船舶交通冲突技术的船舶避碰行为模式和动态路径规划实现框架。根据船舶交通冲突的定义和产生的过程、原理，提出了船舶交通冲突的“五阶段”过程模式，依据《1972年国际海上避碰规则》（以下简称《规则》）、海员通常做法及船舶操纵特性分析了两船和多船会遇局面下的船舶避碰行为模式，明确了基于避碰行为模式的船舶动态路径规划影响要素和实现框架。 （2）构建了船舶交通冲突风险量化模型。针对传统船舶交通冲突风险量化方法对船舶主体要素考虑不全面的问题，综合考虑船舶结构特征和行为特征，在运用AIS（Automatic Identification System）数据挖掘船舶领域的基础上，构建了基于矢量化船舶行为特征参数的船舶交通冲突风险量化模型，实现了船舶交通冲突风险的量化表征。 （3）提出了基于改进APF算法的船舶避碰动态路径规划方法。针对传统APF算法在船舶路径规划应用中的不足，综合考虑船舶相对速度、船舶交通冲突风险量化值、《规则》、海员通常做法等，对APF算法进行了改进，提出了多要素约束下的船舶避碰动态路径规划方法，解决了目标不可达、局部最小值陷阱和路径风险过大等问题。 （4）多物标场景下船舶避碰动态路径规划方法仿真验证。对本船与静态障碍物共存场景，本船与单一动态他船共存场景，本船与动态他船、静态障碍物共存场景进行了场景设计及仿真实验，分析了实验输出的船舶轨迹、航向、与他船/碍航物距离等，验证了方法的效果。 论文研究丰富了船舶航行风险和船舶路径规划方面的理论和方法，对船舶避碰决策支持和自主航行具有重要的支撑作用。 |
| 作者： | 崔珑献 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 刘钊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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