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无人艇集群护航的分布式协同决策方法研究
| 论文题名： | 无人艇集群护航的分布式协同决策方法研究 |
| 关键词： | 无人艇集群;拦截路径规划;分布式协同决策;一致性机制 |
| 摘要： | 国际海事局发布的《海盗及海上武装劫船报告(2020)》显示了近几年发生的海盗袭击事件多达200次。利用多无人艇代替传统舰船执行护航任务，能够节约护航成本、避免人员伤亡，是维护海洋安全的有力途径。协同决策技术通过有序分工提高系统工作能力，是多无人艇协同系统的关键技术。本文以大型商船的护航任务为研究背景，主要工作内容如下: 首先，分析常见的多智能体协同结构，设计面向护航任务的多无人艇分布式协同结构，包括态势处理、协同决策、任务执行等子系统。梳理大型商船的护航流程，确定态势处理规则，定性定量地判定海面运动目标的威胁，并构造无人艇护航时拦截特定船只的目标函数。 其次，研究海上威胁目标数量较多时的聚类问题，提出以拦截点位置为聚类特征的聚类方案，改进K-means算法以提高对离群拦截点的适应能力。利用粒子群算法实现无人艇至拦截点的路径规划，并设计粒子的初始化方法，提高对威胁目标的拦截效果。通过仿真验证基于改进K-means威胁目标聚类方法、基于粒子群的拦截路径规划方法的优越性。 然后，针对护航任务中多无人艇的协同决策问题，将无人艇与任务进行市场化处理，建立基于商家定价算法的协同机制，实现艇间协同决策。针对传统商家定价算法协商次数偏多、效率较低的问题，引入降价阶段改进商家定价算法。设计初始落选任务的打折策略，提高其对无人艇买家的吸引力，从而达到冲突消解的目的。开展仿真试验并进行结果分析，验证基于改进商家定价的多艇协同决策方法的优越性。 最后，研究网络结构为分布式、通信拓扑为非全连接的多无人艇协同决策问题，取消商家这个中心角色，分析商家定价算法的一致性机制，设计通信协议与一致性规则表使无人艇每回合投标能够收敛。仿真试验验证了一致性商家定价算法能够达到与集中式算法同样的分配结果，一致性机制具有有效性。 |
| 作者： | 王仔晓 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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