船舶动态路径协同规划研究

发布时间：2020-08-02 19:36

【摘要】：随着国家“一带一路”倡议、“海洋强国”战略以及全球E-navigation战略的全面实施,航海正在向“操纵智能化、决策智慧化、驾驶无人化、航保广域化”转变,对船舶通航安全与船舶智能化提出了更高的要求。船舶路径规划属于船舶自主航行研究领域的重要组成部分,为保障船舶航行安全、提高水域通航效率,进行多船协同控制,迎接无人货船时代的到来,最终实现船舶自主航行,本文开展了船舶动态路径协同规划研究。文章首先建立了通航环境模型、航路规划代价模型,在多约束条件下,运用智能算法,开展单船动态路径规划与多船动态路径协同规划研究。在此基础上设计了混合智能算法及多船路径协同规划决策模型,解决了多艘船舶动态路径协同规划问题,为无人船、艇自主航行及多船、多智能体协同控制提供了理论基础。文章以群桥水域、渔区等航行环境复杂的典型水域作为研究对象,分析、提取其通航特点,建立了通航环境数学模型。分析了船舶转向角、转向点间距离及转向点数量三种约束条件,建立路径长度代价计算模型和碍航物代价计算模型,采用加权法得到路径规划代价计算模型,将路径规划问题转化为求解多约束非线性函数最小值问题。运用模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法进行单船动态路径规划,通过对规划结果的分析对比,设计了结合模拟退火算法与遗传算法优势的Memetic算法。为实现多船间的协同,引入船舶碰撞危险度的概念,将TCPA、DCPA、安全距离、来船方位、船速、船舶操纵性作为影响因素;提出一种以船舶速度、K、T指数、所操舵角来确定最晚施舵点的方法。结合海上避碰规则,分析船舶会遇态势,对船舶碰撞危险度相同的船进行优先级排序。最终建立多船路径协同规划决策模型,通过船舶碰撞危险度决定避让时机,通过会遇态势决定直航船与让路船,从而进一步确定避让方式,实现船舶路径的协同规划。按照路径规划的结果,运用船舶操纵模拟器,对交叉相遇和对遇两种局面进行仿真验证,分析决策过程、避让过程、路径规划过程,验证了算法的有效性、决策模型的适用性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.82
【图文】：

技术路线图

图 2-1 环形航道通航分隔图 图 2-2 交叉航道通航分隔图综上所述，本节所选取的事故易发水域与操纵困难水域所具有的共同点舶流量大、障碍物多且不易提前探明、可航水域范围有限、航道内交通流等。所以在建立通航水域模型时，要具备以上几个特点，才具有普适性。

图 2-1 环形航道通航分隔图 图 2-2 交叉航道通航分隔图综上所述，本节所选取的事故易发水域与操纵困难水域所具有的共同点舶流量大、障碍物多且不易提前探明、可航水域范围有限、航道内交通流等。所以在建立通航水域模型时，要具备以上几个特点，才具有普适性。

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本文编号：2778967