海上施工水域船舶航线规划数学建模及最优化算法研究
发布时间：2021-01-09 09:36
海上的施工水域是船舶在海上航行中风险较大的区域,为了让船舶能够安全通过施工水域,给在施工水域中航行的船舶规划合理的航线就尤为重要。考虑到海上施工作业的类型多种多样,本文将施工水域的环境模型分为两类,一类是施工点分布较为稀疏,且各施工点影响范围比较小的离散施工水域。另一类为施工点分布较为密集各个施工点的影响范围较大,各个施工点的影响范围相互交织而形成的连续型施工水域。本文为两种类型的施工水域分别建立了相应的航线规划的数学模型。为了在施工区域离散分布的水域中寻找一条能够避开所有施工危险区域的最优航行线路,建立了以航线总长度最短为目标函数,以不可航行区域和船舶的转向角等约束条件为约束方程的航线规划数学模型。另一方面为了在连续型施工水域中寻找到最优通行航线,本文建立了以航线总长度最短和路径危险度值最小为目标函数的非线性多目标优化航线规划数学模型。在求解离散分布的施工水域中的航线规划数学模型时,首先利用图论的方法将可自由航行区域通过链接线将其拆分为若干个凸多边形。然后将链接线的中点两两相连,形成离散施工水域环境模型中的Maklink航线网络。在得到航线网络的基础上,采用两阶段优化方法求解,先利用...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?５栅格地图模型??Ｆｉｇ．?Ｇｒｉｄ?ｍａｐ?ｍｏｄｅｌ??
?海上施工水域船舶航线规划数学建模及最优化算法研宄???２００１?■?■?■???〇Ｓ??￥Ｔ?ＭＷｆｃ??ｇ?１００－?▲?▼??ｅ?５〇－?－??＇?〇Ｔ??°０?５０?１００?１５０?２００??东西方向（ｋｍ）??图３．１离散施工水域环境示意图??Ｆｉｇ３．１?ｆｉｇｕｒｅ?ｏｆ?ｄｉｓｃｒｅｔｅ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｗａｔｅｒ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ??图３．１中，Ｓ：航线规划的起点；Ｔ：航线规划的终点；其中的阴影部分表示海上的??施工区域。??为了方便施工水域的航线规划数学模型的建立，首先利用Ｍａｋｌｉｎｋ图论的方法来处??理施工水域的危险区域，通过在施工水域中构造Ｍａｋｌｉｎｋ链接图来构造施工水域中的可??航行网络图，构造Ｍａｋｌｉｎｋ航线网络图的具体步骤可以参考文献［５，８］。由于船舶始终是处??于海平面高度，因此本文建立数学模型时不考虑海拔高度的影响，将环境模型的构建简??化为二维平面。另外对施工水域中所有的不可航行区域都采用凸多边形或多个凸多边形??的组合来表示。在模型化表示不可航行区域的基础上进一步构造可航行的自由空间，海??上施工水域的可航行自由空间是由链接线构成的凸多边形。在图３．１的环境模型中构造??的可航行自由空间如图３．２所示：??－２０?－??
?大连海事大学硕士学位论文???２００?＇?？?ｊ?１??＊ｓ????????Ｊ１５。?＾??尼?１〇〇?－ｊｊｒ?ａ？、、Ｊ?＂??５〇?－?．?＼?－??！?、’、！?＊Ｔ?Ｉ??＾?！．?ｊ??°０?５０?１００?１５０?２００??东西方向（ｋｍ）??图３．?２可航行自由空间图??Ｆｉｇ３．２?Ｎａｕｔｉｃａｌ?Ｆｒｅｅ?Ｓｐａｃｅ?Ｍａｐ??构造可自由航行空间图时主要需要遵循以下两个基本准则：??１）所构造的链接线不能够穿越施工水域中的危险区域。??２）链接线的一端是施工水域的危险区域所构成的凸多边形的顶点，另一端??是另一个施工危险区域构成的凸多边形的顶点或者是施工水域的自由空间的边??界点。??在施工水域的自由空间中，将所有链接线的中点两两相连所形成的图就是需要构造??的可航行区域的Ｍａｋｌｉｎｋ航线网络图，如图３．３所示：??－２１?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于地标的点云拓扑地图构建方法研究[J]. 申紫铭,郭鹏,李敏. 科技与创新. 2019(03)
[2]基于栅格图拼接的多层次路口地图[J]. 屈盼让,薛建儒,於二军,孙少华. 计算机仿真. 2019(01)
[3]BP神经网络算法改进综述[J]. 尤晓东,苏崇宇,汪毓铎. 民营科技. 2018(04)
[4]基于人工神经网络的深度学习算法综述[J]. 刘俊一. 中国新通信. 2018(06)
[5]基于Dijkstra和深度优先搜索的进路搜索算法研究[J]. 吴鹏,寇玮华,许木南,吕大鹏. 交通运输工程与信息学报. 2017(04)
[6]蚁群算法及其应用综述[J]. 乔东平,裴杰,肖艳秋,周坤. 软件导刊. 2017(12)
[7]浅谈XML技术[J]. 孙俊丽. 办公自动化. 2016(16)
[8]沿海港口深水航道选线及设计主要参数研究[J]. 西部交通科技. 2015(11)
[9]水面无人艇路径规划研究综述[J]. 陈华,张新宇,姜长锋,徐国瑞. 世界海运. 2015(11)
[10]中国机器人学40年[J]. 蔡自兴. 科技导报. 2015(21)
博士论文
[1]未知环境下移动机器人即时定位与地图创建[D]. 王海军.上海大学 2009
硕士论文
[1]无人船路径规划算法研究[D]. 孟祥杜.天津理工大学 2017
[2]基于海岸线模型的船舶航线规划算法的研究与仿真[D]. 刘洋.吉林大学 2016
[3]水质移动监测平台路径规划的研究[D]. 劳家骏.浙江大学 2016
[4]未知环境下移动机器人路径规划方法研究[D]. 苏坤.上海工程技术大学 2016
[5]非结构环境下移动机器人即时定位与地图创建算法研究[D]. 李强.天津理工大学 2015
[6]移动机器人环境建模与路径规划的研究[D]. 李满.燕山大学 2012
[7]未知环境下移动机器人路径规划方法的研究[D]. 许重阳.湖南大学 2011
[8]基于行为的多机器人体系结构研究[D]. 纪兴.哈尔滨工程大学 2010
[9]基于A*算法的地图寻径的研究[D]. 张前哨.武汉科技大学 2005
本文编号：2966401
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?５栅格地图模型??Ｆｉｇ．?Ｇｒｉｄ?ｍａｐ?ｍｏｄｅｌ??
?海上施工水域船舶航线规划数学建模及最优化算法研宄???２００１?■?■?■???〇Ｓ??￥Ｔ?ＭＷｆｃ??ｇ?１００－?▲?▼??ｅ?５〇－?－??＇?〇Ｔ??°０?５０?１００?１５０?２００??东西方向（ｋｍ）??图３．１离散施工水域环境示意图??Ｆｉｇ３．１?ｆｉｇｕｒｅ?ｏｆ?ｄｉｓｃｒｅｔｅ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｗａｔｅｒ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ??图３．１中，Ｓ：航线规划的起点；Ｔ：航线规划的终点；其中的阴影部分表示海上的??施工区域。??为了方便施工水域的航线规划数学模型的建立，首先利用Ｍａｋｌｉｎｋ图论的方法来处??理施工水域的危险区域，通过在施工水域中构造Ｍａｋｌｉｎｋ链接图来构造施工水域中的可??航行网络图，构造Ｍａｋｌｉｎｋ航线网络图的具体步骤可以参考文献［５，８］。由于船舶始终是处??于海平面高度，因此本文建立数学模型时不考虑海拔高度的影响，将环境模型的构建简??化为二维平面。另外对施工水域中所有的不可航行区域都采用凸多边形或多个凸多边形??的组合来表示。在模型化表示不可航行区域的基础上进一步构造可航行的自由空间，海??上施工水域的可航行自由空间是由链接线构成的凸多边形。在图３．１的环境模型中构造??的可航行自由空间如图３．２所示：??－２０?－??
?大连海事大学硕士学位论文???２００?＇?？?ｊ?１??＊ｓ????????Ｊ１５。?＾??尼?１〇〇?－ｊｊｒ?ａ？、、Ｊ?＂??５〇?－?．?＼?－??！?、’、！?＊Ｔ?Ｉ??＾?！．?ｊ??°０?５０?１００?１５０?２００??东西方向（ｋｍ）??图３．?２可航行自由空间图??Ｆｉｇ３．２?Ｎａｕｔｉｃａｌ?Ｆｒｅｅ?Ｓｐａｃｅ?Ｍａｐ??构造可自由航行空间图时主要需要遵循以下两个基本准则：??１）所构造的链接线不能够穿越施工水域中的危险区域。??２）链接线的一端是施工水域的危险区域所构成的凸多边形的顶点，另一端??是另一个施工危险区域构成的凸多边形的顶点或者是施工水域的自由空间的边??界点。??在施工水域的自由空间中，将所有链接线的中点两两相连所形成的图就是需要构造??的可航行区域的Ｍａｋｌｉｎｋ航线网络图，如图３．３所示：??－２１?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于地标的点云拓扑地图构建方法研究[J]. 申紫铭,郭鹏,李敏. 科技与创新. 2019(03)
[2]基于栅格图拼接的多层次路口地图[J]. 屈盼让,薛建儒,於二军,孙少华. 计算机仿真. 2019(01)
[3]BP神经网络算法改进综述[J]. 尤晓东,苏崇宇,汪毓铎. 民营科技. 2018(04)
[4]基于人工神经网络的深度学习算法综述[J]. 刘俊一. 中国新通信. 2018(06)
[5]基于Dijkstra和深度优先搜索的进路搜索算法研究[J]. 吴鹏,寇玮华,许木南,吕大鹏. 交通运输工程与信息学报. 2017(04)
[6]蚁群算法及其应用综述[J]. 乔东平,裴杰,肖艳秋,周坤. 软件导刊. 2017(12)
[7]浅谈XML技术[J]. 孙俊丽. 办公自动化. 2016(16)
[8]沿海港口深水航道选线及设计主要参数研究[J]. 西部交通科技. 2015(11)
[9]水面无人艇路径规划研究综述[J]. 陈华,张新宇,姜长锋,徐国瑞. 世界海运. 2015(11)
[10]中国机器人学40年[J]. 蔡自兴. 科技导报. 2015(21)
博士论文
[1]未知环境下移动机器人即时定位与地图创建[D]. 王海军.上海大学 2009
硕士论文
[1]无人船路径规划算法研究[D]. 孟祥杜.天津理工大学 2017
[2]基于海岸线模型的船舶航线规划算法的研究与仿真[D]. 刘洋.吉林大学 2016
[3]水质移动监测平台路径规划的研究[D]. 劳家骏.浙江大学 2016
[4]未知环境下移动机器人路径规划方法研究[D]. 苏坤.上海工程技术大学 2016
[5]非结构环境下移动机器人即时定位与地图创建算法研究[D]. 李强.天津理工大学 2015
[6]移动机器人环境建模与路径规划的研究[D]. 李满.燕山大学 2012
[7]未知环境下移动机器人路径规划方法的研究[D]. 许重阳.湖南大学 2011
[8]基于行为的多机器人体系结构研究[D]. 纪兴.哈尔滨工程大学 2010
[9]基于A*算法的地图寻径的研究[D]. 张前哨.武汉科技大学 2005
本文编号：2966401
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