由于海上交通環(huán)境越來越復雜以及船舶航行愈加密集,導致了船舶碰撞事故時有發(fā)生。因此加強對多船避碰策略的研究已經(jīng)刻不容緩。當前對多船避碰策略的研究較少考慮航行規(guī)則的約束和實際的航海習慣,且避碰策略的避碰效率不高、安全性較低。因此,本文以寬海域多船會遇為背景,將航行規(guī)則融入到改進的粒子群路徑規(guī)劃算法中,設計了基于全局路徑規(guī)劃算法和確定性算法結(jié)合的多船避碰策略。主要解決了多船避碰策略存在的與實際航行規(guī)則和航行習慣不符、避碰效率低、安全性低等幾個主要問題。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,為了加深對多船避碰問題的理解,對多船避碰問題進行分析。研究了寬闊水域與復雜水域多船會遇復雜程度的不同,得到了在寬闊水域多船避碰分解為三船會遇的結(jié)論,進一步確定了研究的范圍;對船舶碰撞危險度的表示方法、常用的船舶避碰安全領域進行了研究,確定了采用的安全領域和危險度模型;對粒子群算法、遺傳算法的優(yōu)缺點進行了分析比較,確定了粒子群算法為本次研究的根本算法。其次,本文針對粒子群路徑規(guī)劃算法本身存在的易陷入局部最優(yōu)值和在多船避碰應用中存在的規(guī)劃路徑與實際航行習慣不符的問題,分析了粒子群算法的改進策略。采用自適應和啟發(fā)式的方法對粒子群算法進行了改進;從粒子的進化速度和粒子的聚集度兩個方面增強粒子的自適應能力,解決了算法易陷入局部最優(yōu)值的問題;將航行規(guī)則、路徑安全性、和經(jīng)濟性加入到粒子群路徑規(guī)劃算法的適應度函數(shù)中,設計了基于軌跡斜率變化的規(guī)則評價方法,解決了與實際航行不符的問題。最后,對多船避碰策略進行了研究。設計了粒子群全局路徑規(guī)劃算法與確定性算法結(jié)合的分步多船避碰策略,在避碰策略中設計了基于船舶航行歷史的危險性判斷方法,能夠?qū)Σ环虾叫幸?guī)則航行的障礙船進行判斷。在MATLAB仿真環(huán)境中與實時在線路徑規(guī)劃的避碰策略進行了對比,結(jié)果證明將路徑規(guī)劃算法與確定性算法結(jié)合的避碰策略在一定程度上能提高避碰策略的避碰效率,且更符合航行規(guī)則和航海習慣的要求、航行安全性更高。
【學位單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：U664.82;TP18
【部分圖文】：

?基于粒子群算法的多船避碰策略研宄???（Ｂ??’圖２．３本文采用的船舶領域模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｈｉｐ?ｄｏｍａｉｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??２．１．３船舶相對運動位置參數(shù)??采用路徑規(guī)劃的方法研究船舶避碰決策時，本船和它船的位置參數(shù)至關(guān)重要。本文??采用幾何法在仿真過程中建立坐標系，通過船載電子設備可以得知它船船速它船航??向６，、它船位置（ｘ，，）、以及本船船速ｖ。、本船航向ｃ。、本船位置（ｘ〇，ｙ。）等信息�？梢�??方便得到本船與它船的相對運動位置參數(shù)。計算方式如下：??（１）本船相對坐標軸Ｘ軸和ｙ軸的相對速度＼＼?：??ｒｖ，０?＝ｖ〇ｓｉｎｃ０??ｋ＝ｖ。騰。?（２．２）??（２）它船相對坐標軸ｘ軸和ｙ軸的相對速度＇?＼??ｖ，，?＝ｖ，ｓｉｎｃ，??（２．３）??（３）本船與障礙船的距離盡：??ＲＴ－ｙ］（ｘ〇－ｘ，）２＋（ｙ〇－ｙ，）２?（２４）??（４）本船與障礙船的相對速度ｖｒ，其中??ｒ＼＝＾ｘ，－Ｖｘ〇??＇?＼＝ｖｖ，?＿ｖ＞。?（２．５）??Ｗ（＇）２＋（＇）２?（２．６）??（５）本船與障礙船的相對速度航向Ａ：??－１０－??

兩船所形成的局面在航行規(guī)則中都有對??應的條款。航行規(guī)則在船舶避碰中的指導作用己深入人心，面對多船會遇這種特殊態(tài)勢，??船舶駕駛員往往會潛意識應用航行規(guī)則因此本文研究多船避碰策略也是以兩船會遇??及兩船會遇規(guī)定的避碰操縱為基矗??兩船會遇局面及操縱方式：根據(jù)航行規(guī)則分析，互見中的兩船會遇包括對遇、右交??舷叉相遇、左舷交叉相遇、追越和被追越五種。對兩船避讓操縱形式進行劃分主要分為??左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、以及保速保向三類。分別對應六種行動區(qū)域，分別為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、??Ｅ、Ｆ六種區(qū)域，如圖２．５所示。Ａ區(qū)來船，本船為讓路船，本船應采取向右轉(zhuǎn)向的避碰??行動；Ｂ區(qū)來船，本船為讓路船，且相對方位較大，采取向左轉(zhuǎn)向；在Ｃ、Ｄ、Ｅ區(qū)本??船為直航船，本船不必采取行動，繼續(xù)保速保向航行；Ｆ區(qū)來船本船應采取向右轉(zhuǎn)向。??船首向〇？??翁??２４７．５。（?Ｄ?／??＼?／?Ｃ?ｙ?１１２．５？??２１０？???圖２．５互見中兩船會遇局面劃分??Ｆｉｇ．?２．５?Ｍｅｅｔ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｓｈｉｐｓ?ｓｅｅ?ｅａｃｈ?ｏｔｈｅｒ??通過對兩船會遇操縱情況的分析，多船避碰操縱方式也應當盡可能的滿足航行規(guī)則??的要求。因此多船會遇可以通過會遇情況和避碰操縱情況進行劃分。由于研宄的問題為??－１３－??

?基于粒子群算法的多船避碰策略研究???多船避碰策略，所有的研宄都應該圍繞著避碰操縱方式，所以從避碰的操縱方式是否相??同可以對多船避碰進行分類。下面繼續(xù)以三船會遇進行分析，三船會遇本船與兩障礙船??所形成的會遇形式一共有９種，根據(jù)操縱形式可以分為以下兩類：??①本船避讓兩障礙船的操縱形式相同；??②本船避讓兩障礙船的操縱形式不同。??（１）三船會遇中本船避讓兩障礙船的操縱形式相同??如圖２．６?ａ）所示，其中三角形為障礙船，＿型為障礙船的船舶領域，Ａ為路徑點，??Ｓ為路徑起點，Ｇ為目標點，本船與障礙船Ｔ］為對遇，與障礙船Ｔ２的會遇局面為右舷??小角度交叉相遇，所以三船會遇中本船分別避讓兩障礙船所形成的避碰操縱形式都為右??轉(zhuǎn)，只需要一次轉(zhuǎn)向即可避讓兩條障礙船；如圖２．６?ｂ）所示，本船與障礙船Ｔ１和Ｔ２??的會遇局面均為右舷大角度交叉，本船避讓兩障礙船所形成的避碰操縱形式都為左轉(zhuǎn)，??也是只需要一次轉(zhuǎn)向即可避讓兩條障礙船；本船避讓兩障礙船的操縱形式均為保速保向??時本船沒有避讓義務因此不做分析。??Ｐ１??ＰＩ?．?：?，??ａ）本船右轉(zhuǎn)一次避讓?ｂ）本船左轉(zhuǎn)一次避讓??圖２．６本船避讓兩障礙船的操縱形式相同??Ｆｉｇ．?２．６?Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ａｖｏｉｄａｎｃｅ?ａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｏｂｓｔａｃｌｅ?ｓｈｉｐｓ?ｉｓ?ｓａｍｅ??（２）三船會遇中本船避讓兩障礙船的操縱形式不同??如圖２．７?ａ）所示，其中三角形為障礙船，圓型為障礙船的船舶領域，凡為路徑點，??Ｓ為路徑起點，Ｇ為目標點，本船與障礙船Ｔ１會遇局面為左舷對遇，與障礙船Ｔ２為右??舷大角度交叉相遇，本船避讓障礙船Ｔ１的避碰操
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本文編號：2888457