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原文传递多船会遇智能避碰决策研究

论文题名：	多船会遇智能避碰决策研究
关键词：	多船会遇;智能避碰决策;局面简化;避碰矩阵;优化算法;动态监测
摘要：	随着智能船舶技术的发展，船舶智能避碰技术已经成为研究的关键。船舶避碰实践中，多船会遇局面常见且复杂多变，快速有效的避碰决策是船舶安全航行的重要保障。　　本文以多船会遇局面为研究对象，考虑国际海上避碰规则(简称规则)和良好的船艺对避碰行动的要求，模拟船舶驾驶人员的避碰逻辑，借助优化算法的快速寻优能力，建立满足实时避碰需求的多船会遇智能避碰决策模型。主要工作如下：　　(1) 建立多船会遇局面简化模型。效仿避让船舶群的避碰逻辑，模拟船舶驾驶人员的智能，提出群目标船的概念。运用聚类分析方法将航向、航速、距离、方位属性相近的各目标船聚类为1个群目标船，并建立群目标船模型。基于动态聚类分析方法，建立多船会遇局面简化模型，实现对多船会遇局面的动态简化，降低决策优化算法中的计算目标个数，提高船舶避碰决策的效率。　　(2) 建立船舶转向避碰矩阵模型。除考虑追越、对遇、交叉相遇局面外，还将《规则》第十八条(船舶之间的责任)及第十九条(船舶在能见度不良时的行动规则)中的会遇情况纳入研究。将《规则》及良好的船艺对避碰行动的要求模型化，模拟船舶驾驶人员判断转向方向的智能，建立多船会遇转向避碰矩阵模型。分别建立互见和非互见中的船舶转向避碰矩阵，结合第八条(避免碰撞的行动)的要求，限定决策优化算法的候选解范围。决策符合《规则》和良好的船艺，决策效率进一步提高。　　(3)船舶避碰决策智能优化算法研究。建立基于拟态物理学优化(Artificial physics optimization algorithm, APO)算法的船舶避碰决策模型，用于船舶转向避碰和变速避碰。建立基于社会情感优化算法(Social emotional optimization algorithm,SEOA)的转向避碰决策模型。提出一种确定性优化算法DOA(Deterministic optimization algorithm)，并建立基于DOA的船舶转向避碰决策模型。仿真结果表明，智能优化算法APO算法和SEOA可以用于避碰决策，DOA因其更高的效率推荐用于避碰决策。　　(4) 建立多船会遇智能避碰决策模型。引入动态监测评估机制，模拟驾驶人员的避碰逻辑，建立多船会遇智能避碰决策模型。根据目标船的行动变化类别(A 类或 B 类)，判断更新避碰决策的必要性，避免本船一系列不必要的避碰行动。使得动态的避碰决策遵守《规则》且符合船舶避碰实践。仿真结果表明，决策方法合理、可行。　　(5)验证决策模型的工程实用性。基于V. Dragon 5000船舶操纵模拟器平台，对决策模型的有效性进行验证分析。结果表明，研究成果可以用于船舶避碰实践。　　本文所提出的多船会遇智能避碰决策模型，合理可行、安全有效，为船舶智能避碰技术研究拓展了新的思路，具有良好工程实用价值。
作者：	于家根
专业：	交通信息工程及控制
导师：	刘正江
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022