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基于改进差分进化算法的船舶避碰路径规划
| 论文题名： | 基于改进差分进化算法的船舶避碰路径规划 |
| 关键词： | 船舶避碰;路径规划;差分进化算法;碰撞危险度;多目标优化 |
| 摘要： | 船舶发生碰撞事故不仅会造成重大的经济损失，还会导致海洋环境的污染，给人们的身体健康带来严重的危害，而人为因素是导致船舶碰撞事故发生的重要因素，因此本文针对能见度良好情况下船舶自动避碰路径规划进行研究。本文的主要研究工作如下： （1）基于船舶避碰基本理论，由船舶航行过程的五个阶段入手，形成船舶避碰的操作过程，并结合《1972年国际海上避碰规则》对船舶会遇态势进行划分。同时，建立了船舶领域模型、船舶安全会遇距离、以及船舶运动参数的求解方法。 （2）针对标准差分进化易出现早熟收敛问题，提出了一种种群规模自适应性的差分进化算法。该算法引入灭绝机制和寿命机制，当种群中的个体年龄值大于其寿命值时，从种群中删除，或建立新种群的方式来增加种群规模的多样性，从而实现对种群规模的适应性调节。 （3）建立一种基于改进差分进化算法的船舶避碰算法。该算法考虑多种影响因素，构建了船舶碰撞危险度模型，可以用于船舶同时避让航道、静态障碍物和动态船舶。然后，构建了基于碰撞危险度、总航程、转向幅度、航道边界、避碰规则以及避让时机的多目标函数。最后，通过权重法将多目标函数转化为线性函数进行求解，并通过改进的差分进化算法，解决该多目标函数问题，得到了良好的船舶避让时机、转向幅度与复航时机。 （4）基于Matlab2021a平台，进行多船、同时避让多船与静态障碍物等典型场景下的改进差分进化算法与标准差分进化算法和遗传算法进行算法对比实验。实验结果表明，改进后的差分进化算法在迭代速度、航向稳定性等均得到了明显提升，验证了算法的优越性与有效性。同时，利用改进后的算法对船舶在航道内对遇、航道内与渔船交叉相遇等多种会遇局面下进行仿真实验，验证了避碰决策的有效性。仿真实验表明，基于适应性种群规模的差分进化算法能够有效解决多种复杂环境下的自动避碰路径规划中的优化决策问题。 |
| 作者： | 杨秋浩 |
| 专业： | 航海科学与技术 |
| 导师： | 谢洪彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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