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.     

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.     

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．     

船舶避碰智能决策自动化研究

简要论述了实现船舶自动避碰的意义、自动避碰的基本过程及其研究内容,重点分析了国内外船舶避碰智能决策自动化的研究现状和动向、存在的主要问题与对策,指出了船舶避碰智能决策自动化尚待研究的课题．     

基于细菌觅食算法的避碰航路优化研究

提出一种基于细菌觅食算法的避碰航路优化算法.该算法优化避碰参数包括避让转向时机、安全避让角度、复航时间和复航角度,细菌状态空间对应解空间.利用最近会遇距离和到达最近会遇点的时间,迭代计算趋化、繁殖和迁移算子,从而获得最优解.通过模拟仿真对遇、追越和交叉3种会遇态势,该算法可有效优化避碰航路,给出最优的避碰参数.该算法可为船舶避碰决策提供新的方法和思路.     

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。     

紧迫局面的数学模型

根据船舶在不同会遇情况下的避碰操纵特点,对避免紧迫局面的行动进行了较深入的研究,并在此基础上,基于公认的紧迫局面定义建立了紧迫局面的数学模型.模型根据规则规定和良好船艺的要求对各种情况下避免紧迫局面的行动作了较完全的考虑,具有广泛的适用性.可用于船舶自动避碰系统中确定不同情况下形成紧迫局面的距离.     

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。     

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。     

车辆追尾碰撞避免技术

在理论建模的基础上,讨论了实现追尾碰撞避免的主要影响因素,即跟车距离测试技术、行驶环境、驾驶员因素以及追尾碰撞报警方式和报警频度,并指出了追尾碰撞避免技术的研究方向。     

船舶避碰辅助决策支持系统研究

在海上交通工程最新研究成果的基础上,提出了一种船舶避碰辅助决策支持系统的解算方案,并对决策支持系统的关键问题进行了阐述,包括危险度计算,知识的表示,推理程序的设计等。     

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.     

基于权值惩罚法自适应人机协同避撞策略

针对协同避撞过程中人机权值难以适应不同驾驶员与工况的问题,提出了一种自适应人机协同避撞策略。基于单点预瞄驾驶员模型,根据驾驶员决策意愿搭建了表征驾驶风格的驾驶员模型。基于距离策略,提出避撞模式切换策略,设计模型预测控制器跟踪规划路径。提出驾驶员权值惩罚法,根据驾驶员参数与道路条件对驾驶员权值进行先验条件的惩罚,引入碰撞、侧滑和越出车道3种事故风险度,设计模糊控制器,依据事故风险度对避撞过程中的驾驶员权值进行实时惩罚。仿真结果表明所提出的人机协同避撞策略可实时调整人机权值,显著降低事故风险,从而在协调人机有效避撞同时保证行驶安全性与稳定性。     

带有领导者的多智能体避障队形控制

研究了一类带有领导者的多智能体系统队形控制问题,在实现期望队形过程中同时考虑避撞和避障问题.改进了现有避撞与避障势函数的构造方法,并基于势函数的方法设计了控制策略,在控制策略的作用下,带有领导者的多智能体系统实现了期望的队形和避撞、避障控制目标.最后,通过仿真说明所提方法的有效性和可行性.     

紧急避撞路径规划及其跟踪驾驶员转向模型

针对紧急避撞工况,提出并设计了一种紧急避撞路径规划方法和路径跟踪反馈预瞄驾驶员模型。首先,提出了一种基于Sigmoid曲线与物理约束的避撞路径规划方法,并建立融合最优曲率预瞄与闭环反馈转向修正的驾驶员模型以对所规划路径实现快速和精确跟踪。之后,搭建了CarSim+Simulink离线联合仿真平台,对避撞路径规划和路径跟踪反馈预瞄驾驶员模型的有效性进行了验证。最后,基于自主改装的试验车辆,进行实车试验以验证所提出的路径规划方法及驾驶员模型的可行性与实时性。仿真及实车试验结果均表明,所规划的避撞路径和驾驶员模型可以控制车辆快速、安全地避让障碍物。     

一种基于遗传算法的AUV动目标避碰规划的方法

提出了基于遗传算法实现AUV对运动目标避碰规划的方法.该方法采用实数编码,把避碰、路径最短和航迹跟踪等约束条件映射为适应度函数,引入最优保存策略,保证了遗传算法的收敛性.计算机仿真表明,该控制方法使AUV能够较好的实现对运动目标的避碰.     

机械臂目标区域跟踪防撞控制

针对医疗护理机械臂在轨迹跟踪过程中的人机交互与防碰撞问题,本文提出了一种基于目标区域跟踪以及碰撞预测的机械臂控制方法.本文根据Lyapunov函数,结合人工势能场,设计保证系统稳定性的控制器,实现在目标区域内人机交互的柔顺性;采用会遇距离与会遇时间构造防撞预测模型,建立障碍物作用半径与防撞安全指数的关联模型,实现障碍物作用半径实时可变.实验结果验证了本文所提方法对目标区域跟踪的有效性,人机交互的柔顺性,以及障碍物规避过程的高效,平滑.     

基于1760语音模块的汽车倒车防撞语音提示系统设计

目的设计一种汽车倒车防撞系统,可实时显示汽车与目标障碍物的距离,并可进行语音提示。方法系统以AT89S52单片机为主控芯片,由键盘设置安全距离,利用超声波传感器探测目标障碍物信息,由18B20进行温度检测,经温度补偿后确定与目标障碍物距离,实时显示距离,并由1760语音模块提示测量距离与安全距离的关系,提醒使用者注意调整距离。结果给出了系统的详细硬件设计方案及主要软件流程图,采用温度补偿,在倒车系统中满足精度要求。结论本系统结构简单,价格低廉,具有智能语音播报功能和距离显示功能,可用于机动车倒车等领域。     

多机器人系统的自动避免碰撞控制

本文主要讨论了在分担任务的共有运动空间中多机器人避免碰撞问题.以集合关系方程形式给出了多台机器人在共有运动空间中避免碰撞的一般性数学描述,并在此基础上,提出了在直角坐标空间中自动避免碰撞的逻辑协调控制算法.仿真研究结果充分证明了算法的有效性.