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顾及海洋环境风险的船舶航行路径规划方法研究
| 论文题名： | 顾及海洋环境风险的船舶航行路径规划方法研究 |
| 关键词： | 船舶航行;路径规划;海洋运输;环境风险;人工鱼群算法 |
| 摘要： | 海洋运输业务是国际物流中最主要的一种运输方式，也是保证国家经济繁荣、人民富强的重要支柱。海洋运输的运载量大，运费低廉，但航行期长，风险性较大，故保障船舶航行安全有十分重要的意义。船舶在海洋中航行时，风、浪、流等自然环境要素复杂多变，严重威胁着船舶的航行安全。因此，为了尽量减少船舶人员和财产的损失，研究顾及海洋环境风险的船舶路径规划显得尤为必要。 基于海洋环境数据，以马六甲海峡及附近海域为研究区域，构建了海洋环境风险场。根据船舶的不同规划需求，改进蚁群算法在航道路网中开展船舶路径规划的研究，实现了船舶在多条件约束下的路径规划。同时，针对复杂多变的海洋环境风险，改进人工鱼群算法在栅格地图中开展船舶路径规划的研究，实现了船舶在不同风险区域的动态路径规划。主要研究工作如下： （1）构建了基于广义网络分析法的海洋环境风险场模型。通过对研究区域的自然环境因素进行分析，选择了地形、海风、海浪和海流四个因素，并针对这些因素分别进行单因素风险度量。同时，采用广义网络分析方法确定各因素的指标权重，并利用空间分析方法构建海洋环境风险场模型。 （2）实现了基于改进蚁群算法的全局路径规划。针对船舶路径规划时参考历史航迹的原则，采用基于图像处理的航道中心线提取方法构建航道路网。针对船舶的不同规划目标，在节点选择和信息素更新上对蚁群算法进行改进，使算法能在航道路网中实现多约束条件下的路径规划。实验表明，改进蚁群算法可在航道路网中实现在水深、必经特定港口、路径长度和路径风险等约束条件下的路径规划。 （3）实现了基于改进人工鱼群算法的局部路径规划。针对传统人工鱼群算法中存在易陷入局部最优和路径冗长的问题，在游走方式和视野范围上对算法进行改进。通过实验验证，改进人工鱼群算法规划的路径不仅能顺利避开海岸、岛礁和高风险区域，而且能以更短的路程和更小的风险到达终点。同时，为了研究不同风险区域的不同目标权重对船舶路径规划的影响，在各个风险等级区域选择合适的目标权重，实现了动态权重路径规划方法。实验表明，动态权重路径规划方法能在低风险、中等风险和较高风险区域中实现动态路径规划。 |
| 作者： | 马凯强 |
| 专业： | 测绘科学与技术 |
| 导师： | 万剑华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国石油大学(华东) |
| 学位年度： | 2021 |
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