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混合PSO算法在多目标船避碰决策中的应用研究
| 论文题名： | 混合PSO算法在多目标船避碰决策中的应用研究 |
| 关键词： | 船舶避碰决策;高斯变异;混合PSO算法;多目标优化 |
| 摘要： | 船舶避碰决策作为实现船舶无人化、智能化的关键技术，愈发受到国内外专家学者的重视。合理有效的避碰决策可以降低船舶驾驶员由于工作强度过大而导致失误，同时也有助于提高船舶避碰行动的安全性和经济性。本文主要研究内容如下： （1）介绍了船舶避碰决策的相关理论，对于船舶避碰决策的过程进行详细的划分和说明，依据《1972年国际海上避碰规则》（简称《规则》）对本船与目标船的会遇态势进行细致的划分，对于不同方位、不同距离的目标船舶采取相应的避碰行动。通过构建DCPA、TCPA、相对距离、相对方位、船速比的隶属函数，运用模糊综合评价法建立船舶碰撞危险度模型。最后对多目标船舶的避碰方法进行说明。 （2）详细阐述PSO算法的基本原理以及数学模型，针对PSO算法在迭代后期容易陷入局部最优的局限，运用自适应策略对惯性权重进行改进，并引入高斯位置变异的概念，提出了一种基于高斯变异的混合PSO算法。 （3）设计了以碰撞危险度、航程损失为目标，以转向幅度、避让责任、避碰时机为约束的目标函数，依据上述目标函数在船舶避碰过程中的重要程度，赋予其不同的权重，从而构造出船舶避碰决策目标函数。并运用混合PSO算法对其进行优化，得出最优决策。 （4）本文运用MATLAB2020a平台进行仿真实验，实验在开阔水域进行且不考虑水文气象因素的影响。首先针对三种经典会遇局面（对遇、交叉、追越）开展两船避碰仿真实验，对比标准PSO算法和混合PSO算法的优化效果，结果表明：混合PSO算法的在寻优速度、寻优精度以及避碰行动安全性、经济性上都具有更好的优化效果。随后将混合PSO算法应用到多船避碰中，结果表明：混合PSO算法能够有效地优化多船避碰问题，实现本船与多个目标船的自动避碰。 本文首先运用模糊综合评价的方法构建了船舶碰撞危险度模型，其次，针对PSO算法在迭代后期容易陷入局部最优的局限，对PSO算法进行改进，提出了一种基于高斯变异的混合PSO算法，提升了算法的收敛速度和收敛精度，最后运用多目标优化的方法构造船舶避碰目标函数，并运用基于高斯变异的混合PSO算法对避碰目标函数进行优化，从而实现开阔水域的多目标船舶避碰决策。 |
| 作者： | 高鉴一 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 李伟;宁君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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