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基于改进速度障碍法的船舶避碰决策模型
| 论文题名： | 基于改进速度障碍法的船舶避碰决策模型 |
| 关键词： | 船舶避碰决策;改进速度障碍法;船舶碰撞危险;多船避碰;粒子群算法 |
| 摘要： | 近年来随着智能制造行业的兴起和人工智能技术的快速发展，智能航行系统成为了研究的热点，船舶智能避碰决策既是智能航行系统的核心和关键技术，也是智能航行系统相关研究的关键问题。不少研究人员已经对船舶智能避碰决策领域开展了细致的研究并取得了丰硕的成果，但还有一些地方需要进行完善。本文针对当前船舶避碰决策研究中存在的未考虑《1972年国际海上避碰规则》或对《1972年国际海上避碰规则》考虑不全，未考虑经济性和复航，未考虑多船避碰，一味地假设他船保向保速等问题展开了研究，完成的重点研究工作如下： 详细概述了船舶避碰基础理论知识，对《1972年国际海上避碰规则》所划分的三个船舶间会遇局面及相关条款进行总结和梳理，对良好船艺要求下完整的避碰决策过程的四个子过程进行描述。对船舶间的几何关系进行说明，确定采取最近会遇距离和到达最近会遇点的所需的时间来度量船舶间的碰撞危险，并给出相应的计算方法；利用船舶领域相关研究，确定会遇时船舶间的最小安全距离。 基于传统速度障碍法及其原理，分析传统速度障碍法的缺点并引出一种改进的速度障碍法——互惠速度障碍法，并对该算法的原理进行分析。以互惠速度障碍法为基础，提出避碰决策模型，对互惠速度障碍法中不符合《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺的地方进行改进，从经济性的角度对提出模型的速度选择策略。利用速度障碍和的理念对模型进行改进，使其能够适用于多船避碰。在模型给出的速度都不符合良好船艺要求时，利用惩罚函数选出可以避碰“重点避让船”的新速度。将避碰过程看作一个马尔科夫过程，在每一时刻，模型实时获取目标船的信息，并进行实时决策，这样即使目标船采取不符合规则的行动，本船也可以及时做出响应。此外，使用粒子群算法对模型中的经济性及惩罚函数进行求解优化，以提高模型的搜索效率。 利用Python在ARM架构上搭建一个仿真程序，该程序不仅可以按照各种需求进行实验，还可以记录实验数据，并将数据存储在云数据库上。为验证本文所提出的避碰决策模型的有效性，在开阔水域下，做了9组实验，涵盖两船，三船和四船，并包含目标船保向保速和目标船采取不符合《1972年国际海上避碰规则》的行动等额外条件。仿真结果表明，本文所提出的避碰决策模型可以有效的进行避碰决策，使本船和目标船在安全距离上通过。 |
| 作者： | 阎际驰 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 朱金善 |
| 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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