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基于启发式图式理论的船舶避碰路径规划研究
| 论文题名： | 基于启发式图式理论的船舶避碰路径规划研究 |
| 关键词： | 船舶避碰;路径规划;国际海上避碰规则;演化计算;数学模型 |
| 摘要： | 海运是全球货物贸易的主要运输方式。近年来，海上交通环境日趋复杂，水上交通事故频发，尤其是船舶碰撞事故。减少驾驶员的主观决策是提高航行安全的有效途径，其中一个重要课题是船舶避碰路径规划。当前针对船舶避碰路径规划的研究大多没有考虑船舶的操纵性，且在各会遇局面下船舶路径规划的实际应用性和效率不佳。 本文针对目前船舶避碰路径规划研究存在的问题，提出了一种船舶避碰路径规划方法，主要包括3部分：船舶操纵避碰路径构建，船舶避碰安全评估和船舶避碰路径启发式演化优化。本文的主要研究内容如下： （1）在船舶操纵避碰路径构建中，实现考虑船舶操纵性和《国际海上避碰规则》约束的船舶避碰路径构建，提高船舶避碰路径规划的实际应用性。构建的船舶避碰路径包括直线运动路径和转向运动路径。其中，直线运动路径包括避让直航子路径和返航直航子路径；转向运动路径包括避让转向航行子路径、返航转向航行子路径和复航转向航行子路径。结合船舶运动数学模型，模拟船舶的转向运动过程。 （2）在船舶避碰安全评估中，提出3种会遇局面下船舶避碰全过程的安全性要求。首先，介绍会遇船舶通用的DCPA和TCPA求解方法；然后，分析3种会遇局面下避让行动后和返航行动后的安全性，给出3种会遇局面下船舶避碰的安全性要求。 （3）在避碰路径的启发式演化优化中，应用启发式图式理论演化优化船舶避碰路径。首先，提出一种以最近会遇点为基点，以角度和距离为参数的船舶避碰路径设计方法；其次，设定考虑船舶安全性和避碰航程的适应度函数；最后，介绍启发式图式理论的避碰路径更新演化操作。 （4）在船舶避碰仿真实验中，围绕交叉相遇、对遇和追越3种会遇局面，实现6个会遇案例的仿真实验，验证了本文提出方法的有效性。实验表明，本文提出的方法符合船舶操纵性和《国际海上避碰规则》的要求。与遗传算法相比，本文应用的启发式图式理论能够在更短的时间内规划出更优的船舶避碰路径。 本文结合船舶运动数学模型和国际海上避碰规则，提出了一种基于启发式图式理论的船舶避碰路径规划方法。在考虑船舶操纵性的基础上，提高了规划避碰路径的实际应用性和路径规划效率。为船舶自主避碰奠定了基础，对保障船舶航行安全和实现船舶自主航行具有一定的应用价值和意义。 |
| 作者： | 李义亮 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 左毅 |
| 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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