基于人工势场法和模型预测控制的船舶变速避碰研究

针对船舶在狭窄水域航行时,提出一种基于人工势场法和模型预测控制的船舶智能变速避碰算法。通过对周围环境建模,使用人工势场法建立势场,结合《国际海上避碰规则》对船舶避碰的对应规则要求,快速计算出符合避碰规则的建议航向。其次,利用模型预测控制,根据《国际海上避碰规则》对船舶变速的相关要求,在狭窄水域船舶行动受限的条件下,预测迭代一定时间内的避碰情况,给出最符合要求的速度值。经过仿真表明：算法提供的航速和航向决策能实现狭窄水域范围内的多船有效避让,为船舶驾驶员的避碰决策提供参考与支持。     

基于混合粒子群算法的船舶避碰决策

为解决船舶在开阔水域中的避碰决策问题，提出基于混合粒子群算法的船舶避碰决策方法。首先，针对粒子群算法在迭代后期容易陷入局部最优的局限性，引入高斯位置变异概念，扩大粒子的搜索广度，利用自适应策略对惯性权重进行改进，在保证粒子多样性的同时，提高粒子的局部搜索能力；其次，基于多目标优化方法构建目标函数，引入基于模糊综合评价策略构建的船舶碰撞危险度模型，统筹考虑《国际海上避碰规则》、海船船员通常做法、航行安全性与经济性，实现了多船会遇态势下的避碰路径规划；最后，通过Matlab仿真实验验证了该算法的有效性。相比标准粒子群算法，本文船舶避碰决策效果显著提高。     

多种会遇状态下基于强化学习的船舶自动避碰路径仿真

为实现海域中多会遇局面的船舶自动避碰,依据船舶间状态信息的实时获取,构建了自适应启发评价的船舶避碰算法。算法中通过再励信号由强化学习训练得到船舶从会遇形成到驶过让清动态过程的优化转向决策,模拟给出了两船会遇局面、多船会遇局面下的避碰优化路径。结果表明算法能够满足避碰规则并完成安全避碰,与已有分布式避碰决策方法对比,显示了更好的实时性和经济性。     

船舶自主避碰的慎思型轨迹规划

基于快速扩展随机树(RRT)算法,提出一种适用于船舶自主避碰的慎思型轨迹规划(DTP)算法,能够耦合处理静态障碍物约束、船舶操纵性约束、轨迹最优性等限制条件,在两个长程路径点之间完成全局轨迹规划,以保证规划轨迹的可行性、完备性和最优性.通过一条案例三体船的自主避碰仿真及航行试验,从多方面验证了所提DTP算法的有效性、优越性和稳定性,对研究船舶自主避碰系统及其应用前景具有重要的意义.     

多船紧迫危险局面的智能避碰决策与仿真

基于"船舶拟人智能避碰决策"理论基础,采用船舶相对运动几何分析与仿真试验相结合的方法,着重研究多艘船舶陷入紧迫危险局面下,避让重点船的智能避碰决策及其实施方案的校验与优化算法;借助航行安全与自动避碰(NSACA)仿真测试平台进行仿真实验,验证了理论分析结果的正确性.     

船舶避碰动态系统数学模型的研究

利用控制理论的思想，将避让船和被避让船看成是一个动态系统，首次提出船舶避碰动态系统的概念，并在考虑避让船操纵性能的基础上，建立了船舶避碰动态系统的数学模型，从控制论的角度，指出自动避碰决策系统的研究是针对船舶避碰动态系统控制器的综合设计问题，智能控制，专家控制和模糊控制是自动避碰决策和系统研究的方向，本文提出的数学模型是利用计算机仿真研究自动避碰决策系统中上述的控制器的基础。     

基于改进模拟退火算法的多船会遇避碰决策

针对多船会遇态势下的船舶避碰行动决策问题,提出一种基于改进的模拟退火算法的船舶转向避让的计算方法.优化船舶碰撞危险度和航程损失的多目标函数,利用改进的模拟退火算法,在全局范围内筛选并获得最优解.仿真结果表明,改进的模拟退火算法相比传统算法,在算法运行时间和精度上更优,能够满足多船会遇态势下让路船转向避碰行动决策的有效性要求.     

基于自适应神经网络智能舵的自动避碰研究

通过优化船舶避碰过程中涉及的数学模型,设计了一种基于自适应神经网络智能舵的自动避碰算法,用于船舶避碰决策过程。该算法可以判断会遇情况,计算碰撞危险度,并自动确定转向时间和转向幅度。此外,在船舶自动避碰过程中,还考虑了COLREGs,航行经验和自动避碰方法。基于动态面技术和神经网络方法,解决了船舶运动控制系统中由后推法引起的"计算量膨胀"和"维度灾难"问题。通过对"YUKUN"号和"YULONG"号远洋船的Matlab仿真实验,验证了所提出的自动避碰决策系统的有效性。     

激光船舶定位及避碰系统软件的设计

为实现高精度的船舶定位及避碰，根据国际避碰规则，利用激光检测方法和技术系统及激光自动标绘技术，进行了激光船舶定位及避碰系统的优化算法及软件设计，它采用点模型和安全半径的方法，设计宽阔水域、多船相遇的定位及避碰，从而智能地确定避碰船只、避碰速度或方向。     

基于改进粒子群优化算法的无人水面艇动态避碰方法

针对"蓝信"号无人水面艇的动态避碰问题,提出一种基于改进粒子群优化算法的动态避碰方法.首先,考虑障碍物轮廓的长宽比不同,将障碍物膨化为圆形和椭圆形,并采用速度障碍原理求取避碰模型,同时,在避碰过程中加入国际海上避碰规则约束;其次,对粒子群优化算法进行自适应改进,使其针对避碰策略的求取能够快速收敛到最优解,提高算法的收敛速度与精度,满足避碰算法的快速性要求;最后,搭建虚拟视景仿真平台,模拟航行中的海洋环境,以"蓝信"号无人水面艇为模拟对象,对所提出的避碰算法进行仿真验证.仿真结果表明了该避碰方法的可行性和有效性,为无人水面艇的自主动态避碰提供了一种可行和有效的解决途径.     

雾航情况下PIDVCA算法分析与仿真

为进一步测试验证船舶拟人智能避碰决策（PIDVCA）算法,在互见的左交叉会遇局面的雾航情况下结果是否合理有效,基于《1972国际海上避碰规则》,以左舷来船为对象,采用几何作图分析互见的左交叉会遇局面在雾航情况下不同交汇特征的避让方法,利用集成有PIDVCA算法的船舶智能操控（SIHC）仿真测试平台进行仿真测试。测试结果证明算法的合理性、有效性和经济性。该研究对算法的优化及实际应用具有参考价值。     

船舶避碰的模糊决策

利用模糊数学结合实际调查提出了一种避碰决策方法，同时给出了在船舶交叉相遇局面上让路船的让路时机和转向幅度，这一方法对于进行避碰研究，帮助海员进行避碰决策，避免船舶碰撞具有一定的意义。     

船舶智能避碰决策与控制系统研究综述

在分析总结国内外船舶智能避碰决策与控制系统研究成果的基础上，提出了该系统中总体结构模型、船舶会遇形势的划分、碰撞危险度决策、避让时机决策、AIS系统在该系统中的运用、不同船舶间的协调避让和来船动态对避碰决策的影响等关键问题的研究思路和设想，明确了今后进一步完善船舶智能避碰决策与控制系统的研究方向．     

混合智能系统在船舶自动避碰决策中的应用

为减少或避免由于人为失误导致的船舶碰撞事故,促进船舶航行安全,船舶自动避碰系统的研究正在逐渐深入,其中船舶自动避碰决策算法是关键.综述了模糊神经网络、混合专家系统、软硬计算混合系统、综合性仿人智能系统在该领域的应用,并对相关研究成果进行分类整理、分析不足,指出混合智能应用于船舶自动避碰决策算法中的研究方向.     

船舶接近对遇局面避碰决策的研究

基于船舶右舷对遇局面中船舶避碰行为的调查,根据信息熵理论,了会遇两在不同距离,不同最近会遇距离时,船舶采取避普行种类的不确定性问题,为处于该种会遇局面上船舶的避碰决策及壁两船间的不协调辟碰行动提出了建议。     

AR-HUD技术在船舶值班瞭望中的应用

为帮助船舶驾驶员快速获取船舶避碰信息以及航行中其他物标信息,利用增强现实抬头显示技术和增强信息投影算法,分析驾驶员、目标船和本船挡风玻璃三者之间的空间关系,建立了从海面会遇船舶到投影设备屏幕坐标,以及与人眼几何投影关系的数学模型,提出了一种基于AR-HUD的辅助瞭望系统架构。通过计算机仿真,建立本船与两条目标船会遇局面,并根据驾驶员观察的方向,投影对应避碰信息。仿真结果验证了AR-HUD技术在船舶值班辅助瞭望中具有较强的适用性。     

船舶自动避碰研究中安全会遇距离等要素的确定

以《国际海上避碰规则》为依据，以船长专家对规则的解释和驾驶员的实践经验为基础，应用运动学原理及平面解析几何的认识，基于雷达和AIS提供的信息，导出安全会遇距离的数学模型，并以此为基础提出紧迫局面距离和最晚施舵时机的确定方法，该研究对船舶自动避碰决策的形成具有实用价值。     

船舶变速避让行动与时机的确定

船舶机动航行时，经常利用改变速度的方法避让目标船．其中，涉及到避让行动的大小和避让时机的问题、过早行动没有必要，也不符合船长和驾驶员的避碰心理，过晚行动会产生船舶之间的不协调行动和碰撞结果．为此，从船舶变速避让行动数学模型出发，给出了确定船舶最佳避让时机和行动的方法．避让时机用到目标船的距离表示，避让行动利用船舶改变速度的大小表示．因而，对避碰规则中的“早、大、宽”给出了定量的概念，避免了无谓的精神负担，符合驾驶员的避碰心理．使驾驶员在采取避让行动时能够预知避让结果，做到心中有数．     

目标船碰撞危险及模型

针对目标船间的碰撞危险提出一种利用本船观测获取的目标船数据,解算目标船间dCPA和tCPA的方法,通过建立的目标船间碰撞危险数学模型可直接获得周边水域目标间的碰撞危险信息,为值班驾驶员及避碰专家系统提供更加有效的避碰决策信息,有利于提高船舶避碰决策的正确性.     

转向避让的最后机会模型及其应用

为了建立和完善船舶自动避碰决策系统,在考虑船舶操纵性能、船长、避碰行动局面划分、两船速度比、直航船转向两船距离的损失和两船最低安全通过距离等的基础上,建立了转向避让的最后机会模型,并利用等步长增加方法求得了具体会遇态势中让路船转向避让的最后机会点,得到了合理的结果。所建模型和所得到的结果对于建立船舶自动避碰决策系统和船员应急避碰操纵具有主要的参考价值。