發(fā)布時間：2020-08-02 19:36

【摘要】：隨著國家“一帶一路”倡議、“海洋強國”戰(zhàn)略以及全球E-navigation戰(zhàn)略的全面實施,航海正在向“操縱智能化、決策智慧化、駕駛無人化、航保廣域化”轉(zhuǎn)變,對船舶通航安全與船舶智能化提出了更高的要求。船舶路徑規(guī)劃屬于船舶自主航行研究領(lǐng)域的重要組成部分,為保障船舶航行安全、提高水域通航效率,進行多船協(xié)同控制,迎接無人貨船時代的到來,最終實現(xiàn)船舶自主航行,本文開展了船舶動態(tài)路徑協(xié)同規(guī)劃研究。文章首先建立了通航環(huán)境模型、航路規(guī)劃代價模型,在多約束條件下,運用智能算法,開展單船動態(tài)路徑規(guī)劃與多船動態(tài)路徑協(xié)同規(guī)劃研究。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了混合智能算法及多船路徑協(xié)同規(guī)劃決策模型,解決了多艘船舶動態(tài)路徑協(xié)同規(guī)劃問題,為無人船、艇自主航行及多船、多智能體協(xié)同控制提供了理論基礎(chǔ)。文章以群橋水域、漁區(qū)等航行環(huán)境復(fù)雜的典型水域作為研究對象,分析、提取其通航特點,建立了通航環(huán)境數(shù)學(xué)模型。分析了船舶轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向點間距離及轉(zhuǎn)向點數(shù)量三種約束條件,建立路徑長度代價計算模型和礙航物代價計算模型,采用加權(quán)法得到路徑規(guī)劃代價計算模型,將路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為求解多約束非線性函數(shù)最小值問題。運用模擬退火算法、遺傳算法、粒子群算法進行單船動態(tài)路徑規(guī)劃,通過對規(guī)劃結(jié)果的分析對比,設(shè)計了結(jié)合模擬退火算法與遺傳算法優(yōu)勢的Memetic算法。為實現(xiàn)多船間的協(xié)同,引入船舶碰撞危險度的概念,將TCPA、DCPA、安全距離、來船方位、船速、船舶操縱性作為影響因素;提出一種以船舶速度、K、T指數(shù)、所操舵角來確定最晚施舵點的方法。結(jié)合海上避碰規(guī)則,分析船舶會遇態(tài)勢,對船舶碰撞危險度相同的船進行優(yōu)先級排序。最終建立多船路徑協(xié)同規(guī)劃決策模型,通過船舶碰撞危險度決定避讓時機,通過會遇態(tài)勢決定直航船與讓路船,從而進一步確定避讓方式,實現(xiàn)船舶路徑的協(xié)同規(guī)劃。按照路徑規(guī)劃的結(jié)果,運用船舶操縱模擬器,對交叉相遇和對遇兩種局面進行仿真驗證,分析決策過程、避讓過程、路徑規(guī)劃過程,驗證了算法的有效性、決策模型的適用性。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U664.82
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 環(huán)形航道通航分隔圖 圖 2-2 交叉航道通航分隔圖綜上所述，本節(jié)所選取的事故易發(fā)水域與操縱困難水域所具有的共同點舶流量大、障礙物多且不易提前探明、可航水域范圍有限、航道內(nèi)交通流等。所以在建立通航水域模型時，要具備以上幾個特點，才具有普適性。

圖 2-1 環(huán)形航道通航分隔圖 圖 2-2 交叉航道通航分隔圖綜上所述，本節(jié)所選取的事故易發(fā)水域與操縱困難水域所具有的共同點舶流量大、障礙物多且不易提前探明、可航水域范圍有限、航道內(nèi)交通流等。所以在建立通航水域模型時，要具備以上幾個特點，才具有普適性。

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本文編號：2778967