由于海上交通環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜以及船舶航行愈加密集,導(dǎo)致了船舶碰撞事故時(shí)有發(fā)生。因此加強(qiáng)對(duì)多船避碰策略的研究已經(jīng)刻不容緩。當(dāng)前對(duì)多船避碰策略的研究較少考慮航行規(guī)則的約束和實(shí)際的航海習(xí)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(huì)遇為背景,將航行規(guī)則融入到改進(jìn)的粒子群路徑規(guī)劃算法中,設(shè)計(jì)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(shí)際航行規(guī)則和航行習(xí)慣不符、避碰效率低、安全性低等幾個(gè)主要問(wèn)題。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,為了加深對(duì)多船避碰問(wèn)題的理解,對(duì)多船避碰問(wèn)題進(jìn)行分析。研究了寬闊水域與復(fù)雜水域多船會(huì)遇復(fù)雜程度的不同,得到了在寬闊水域多船避碰分解為三船會(huì)遇的結(jié)論,進(jìn)一步確定了研究的范圍;對(duì)船舶碰撞危險(xiǎn)度的表示方法、常用的船舶避碰安全領(lǐng)域進(jìn)行了研究,確定了采用的安全領(lǐng)域和危險(xiǎn)度模型;對(duì)粒子群算法、遺傳算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)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(duì)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(yīng)用中存在的規(guī)劃路徑與實(shí)際航行習(xí)慣不符的問(wèn)題,分析了粒子群算法的改進(jìn)策略。采用自適應(yīng)和啟發(fā)式的方法對(duì)粒子群算法進(jìn)行了改進(jìn);從粒子的進(jìn)化速度和粒子的聚集度兩個(gè)方面增強(qiáng)粒子的自適應(yīng)能力,解決了算法易陷入局部最優(yōu)值的問(wèn)題;將航行規(guī)則、路徑安全性、和經(jīng)濟(jì)性加入到粒子群路徑規(guī)劃算法的適應(yīng)度函數(shù)中,設(shè)計(jì)了基于軌跡斜率變化的規(guī)則評(píng)價(jià)方法,解決了與實(shí)際航行不符的問(wèn)題。最后,對(duì)多船避碰策略進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)了基于船舶航行歷史的危險(xiǎn)性判斷方法,能夠?qū)Σ环虾叫幸?guī)則航行的障礙船進(jìn)行判斷。在MATLAB仿真環(huán)境中與實(shí)時(shí)在線路徑規(guī)劃的避碰策略進(jìn)行了對(duì)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(xí)慣的要求、航行安全性更高。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：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(lǐng)域模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｈｉｐ?ｄｏｍａｉｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??２．１．３船舶相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)??采用路徑規(guī)劃的方法研究船舶避碰決策時(shí)，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(guò)程中建立坐標(biāo)系，通過(guò)船載電子設(shè)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。可以??方便得到本船與它船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)。計(jì)算方式如下：??（１）本船相對(duì)坐標(biāo)軸Ｘ軸和ｙ軸的相對(duì)速度＼＼?：??ｒｖ，０?＝ｖ〇ｓｉｎｃ０??ｋ＝ｖ。騰。?（２．２）??（２）它船相對(duì)坐標(biāo)軸ｘ軸和ｙ軸的相對(duì)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(duì)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(duì)速度航向Ａ：??－１０－??

兩船所形成的局面在航行規(guī)則中都有對(duì)??應(yīng)的條款。航行規(guī)則在船舶避碰中的指導(dǎo)作用己深入人心，面對(duì)多船會(huì)遇這種特殊態(tài)勢(shì)，??船舶駕駛員往往會(huì)潛意識(shí)應(yīng)用航行規(guī)則因此本文研究多船避碰策略也是以?xún)纱瑫?huì)遇??及兩船會(huì)遇規(guī)定的避碰操縱為基矗??兩船會(huì)遇局面及操縱方式：根據(jù)航行規(guī)則分析，互見(jiàn)中的兩船會(huì)遇包括對(duì)遇、右交??舷叉相遇、左舷交叉相遇、追越和被追越五種。對(duì)兩船避讓操縱形式進(jìn)行劃分主要分為??左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、以及保速保向三類(lèi)。分別對(duì)應(yīng)六種行動(dòng)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(lái)船，本船為讓路船，本船應(yīng)采取向右轉(zhuǎn)向的避碰??行動(dòng)；Ｂ區(qū)來(lái)船，本船為讓路船，且相對(duì)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(dòng)，繼續(xù)保速保向航行；Ｆ區(qū)來(lái)船本船應(yīng)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(jiàn)中兩船會(huì)遇局面劃分??Ｆｉｇ．?２．５?Ｍｅｅｔ?ｓｉｔｕａｔｉｏｎ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｓｈｉｐｓ?ｓｅｅ?ｅａｃｈ?ｏｔｈｅｒ??通過(guò)對(duì)兩船會(huì)遇操縱情況的分析，多船避碰操縱方式也應(yīng)當(dāng)盡可能的滿(mǎn)足航行規(guī)則??的要求。因此多船會(huì)遇可以通過(guò)會(huì)遇情況和避碰操縱情況進(jìn)行劃分。由于研宄的問(wèn)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(yīng)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(duì)多船避碰進(jìn)行分類(lèi)。下面繼續(xù)以三船會(huì)遇進(jìn)行分析，三船會(huì)遇本船與兩障礙船??所形成的會(huì)遇形式一共有９種，根據(jù)操縱形式可以分為以下兩類(lèi)：??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(huì)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(lǐng)域，Ａ為路徑點(diǎn)，??Ｓ為路徑起點(diǎn)，Ｇ為目標(biāo)點(diǎn)，本船與障礙船Ｔ］為對(duì)遇，與障礙船Ｔ２的會(huì)遇局面為右舷??小角度交叉相遇，所以三船會(huì)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(huì)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(shí)本船沒(méi)有避讓義務(wù)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(huì)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(lǐng)域，凡為路徑點(diǎn)，??Ｓ為路徑起點(diǎn)，Ｇ為目標(biāo)點(diǎn)，本船與障礙船Ｔ１會(huì)遇局面為左舷對(duì)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(hào)：2888457