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。     

基于AIS数据的船舶会遇挖掘与分析

为实现在AIS海量数据中快速高效地识别会遇船舶信息,对会遇船舶航行过程实施监控和分析,识别研究水域内存在的海上交通安全风险点。以台湾海峡部分区域内的AIS数据作为研究对象,运用改进的DBSCAN聚类算法,结合船舶会遇特征参数计算,挖掘两船会遇与多船会遇信息,根据船舶方位和航向差划分船舶交叉、对遇和追越三种会遇局面,并通过定量化方式多维度描述不同类型的船舶会遇过程。结果表明:分析轨迹数据的时空特性可以再现船舶会遇场景,能更清晰全面地展现船舶的会遇过程。     

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。     

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.     

一种基于GAN的多船轨迹预测方法

为更好地预测船舶密集水域多船会遇避碰场景中的船舶轨迹，基于生成式对抗网络思想，提出一种多船轨迹预测模型——Vessel-GAN。针对船舶轨迹特点，Vessel-GAN模型基于时序卷积网络的多船历史轨迹编解码、船舶交互特征提取、终点信息引导和避碰损失函数等技术，通过在历史轨迹上的对抗训练，实现了能够拟合船舶航行行为数据分布的多船预测轨迹生成。基于琼州海峡近5000万条由AIS数据构建的船舶交互数据集的实验表明，相较Social-GAN基准模型，Vessel-GAN在计算速度方面提升了36%,平均位移精度、终点位移精度分别提升28%、41%,生成的多船预测轨迹更加符合船舶真实行为特征，且具有更好的预测实时性和稳定性。     

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．     

船舶航行态势融合算法及平台开发

为使船舶航行操控人员或自动驾驶系统能够获得更为全面和精准的航行环境信息，提出一种融合雷达、船舶自动识别系统（automatic identification system,AIS）、可见光多源信息的目标融合算法，并开发可应用于实船的软件平台。首先，设计多源目标融合算法，根据同一性原理将雷达捕获目标与AIS解析目标融合，根据水平面坐标与垂直面坐标变换原理融合可见光目标；其次，设计船舶多源目标融合数据样本集制作原理，利用实船采集数据构建包含3种来源的数据样本，并开发多源目标识别算法；再次，设计船舶航行多源信息融合平台，开发可应用于实船的可视化人机交互界面；最后，利用实船开展算法验证和平台试验，验证融合算法的准确性和软件平台的有效性。多目标融合算法可实现3种来源目标的准确融合，融合软件平台可提供较为精准的可视化信息。     

船舶交通系统计算机模拟评价方法

提出了一种船舶交通的计算机模拟评价方法。评价指标（参数）分别为船舶对遇、追越、交叉会遇、多船会遇等次数及延迟时间的平均值和最大船舶数。把交通管理方案作为计算机模拟输入，对诸评价指标进行模拟计算并对各指数拟合，在不同交通亘下进行指标参数值的比较，最后进行方案的综合评价选优。以两个交通管理方案为例，介绍了模拟评价方法的应用。     

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。     

论船舶几何碰撞会遇

提出船舶几何碰撞会遇和非几何碰撞会遇概念，会船碰撞危险和会船碰撞危险阀限以及船舶避领域中船舶会遇和会遇局成的定义，阐述了其判断方法。     

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.     

智能航海模拟器的设计与实现

针对现有航海模拟器的缺陷,利用PIDVCA方法开发智能型航海模拟器.新型智能型航海模拟器中目标船具备自动避让能力,智能本船可在复杂会遇局面下提供避让方案,供学员参考,并可更逼真模拟海上的真实航行环境.大量仿真试验说明,采用PIDVCA方法集成的新型智能航海模拟器切实可行,可有效提高航海模拟器的品质.     

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。     

基于改进PPO算法的船舶自主避碰决策

为减少船舶避碰决策过程中人为失误导致的海难事故，提出一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的船舶自主避碰决策。在传统PPO算法广义优势估计基础上加入自适应基线调整，并且使用长短期记忆网络(LSTM)改进网络结构。船舶的航行信息和激光雷达矢量线被应用于神经网络输入，航行制导、角度偏差及《1972年避碰规则》均被纳入改进的奖励函数设计。两船和多船会遇场景仿真实验表明：本文提出的避碰决策可使船舶实现自主航行，并在避碰过程中符合《避碰规则》,为处理复杂局面下的船舶避碰决策提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

基于粒子群算法的多用途船结构优化

建立了多用途船的舱段有限元模型,利用Matlab调用有限元软件,将粒子群算法（PSO）引入复杂船舶结构的优化中,实现了PSO对复杂船舶结构的优化,取得较好的结果,并与遗传算法的结果进行了对比, 验证了PSO用于复杂船舶结构优化的有效性.     

船舶智能航行技术研发进展

 船舶智能航行是航运业的重大革命。为厘清国内外船舶智能航行技术发展现状,找准中国船舶智能航行的发展路径,分析了欧洲、日本、韩国、俄罗斯等国家和地区近年来在船舶智能航行领域的重大技术进展和典型实践案例,阐述了国际海事组织、国际水道测量组织、国际航标协会对于船舶智能航行的相关立法和规则。梳理了中国船舶智能航行在技术研究、装备开发、实船应用等领域的进程与案例,并比对了国内外技术发展思路的差异,总结了中国船舶智能航行发展的主要特点。分析了智能航行技术的发展趋势。