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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

船舶对遇避碰决策的研究

利用模糊统计的方法,获得了右舷对右舷对遇情况下随最近会遇距离不同,船舶采取不同避碰行动方式的隶属度函数,计算出了在该种会遇局面下船舶间不协调避碰行动的隶属度函数,并提出了有关船舶避碰行动的建议。     

船舶最佳避碰行动时机决策模型

在考虑直航船对让路船采取避碰时机模糊满意度、让路船在各距离及最近会遇距离上采取避碰行动不确定性,直航船可能采取避碰行动以及让路船最季舵点的基础上,建立了确定让路船最佳避碰时机模型,根据对船员避碰行为调查,应用该模型确定了让路船最佳避碰时机。     

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。     

多目标船会遇实验自动生成算法研究及应用

为验证船舶拟人智能避碰决策（personifying intelligent decision-making for vessel conllision avoidance,PIDVCA）算法的合理性,基于船舶智能操控（ship intelligent handing and control,SIHC）仿真研究平台,通过对雷达标绘中矢量三角形绘图方法逆推分析,初步形成多目标船会遇实验自动生成算法。该算法可以根据验证需求自动生成所需要的实验方案,使得设置多船会遇实验更为便捷、客观和全面。     

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。     

基于船舶旋回的变向避碰解算方法

通过建立船舶运动方程，导出最近会遇距离、最近会遇时间以及不考虑旋回时避让航向方程，并分左舷来船向右避让和右舷来船向右避让两种情况，对旋回半径及旋回时间大小不同的船舶，分析旋回的影响．结论是大型船舶在变向避碰中，因吨位大、旋回半径大、旋回时间长，其避碰效果受旋回的影响较大，使实际最近距离小于安全距离．为了克服船舶旋回对避碰效果的影响，提出大型船舶变向避碰中基于旋回的解析计算方法和图解方法，前者可应用于计算机解算避碰问题，后者可应用于人工绘算．     

基于改进NSGA-Ⅱ的船舶避碰决策辅助算法

针对避碰决策问题对算法时效性和轨迹分布性的要求,改进一种基于多目标优化算法的NSGA-Ⅱ(non-domi-nated sorting in genetic algorithm Ⅱ).采用按需分层策略和考虑父代支配信息的算数交叉算子策略,降低了算法的时间复杂度,加快了收敛速度;提出动态分布适应度策略,控制了帕累托集在目标空间的分布.在此基础上,分别建立决策方案的安全性和经济性目标函数以及驾驶员对决策安全性的偏好函数,通过改进NSGA-Ⅱ对避碰决策方案寻优.试验结果表明,改进NSGA-Ⅱ的收敛速度和分布性有所提升,证明了改进算法的有效性和优越性;在构建的四种船舶会遇场景下,算法均能寻得多个兼顾安全性和经济性的避碰决策方案,为驾驶员避碰决策提供参考.     

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。     

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。     

船舶最佳避让时机与行动的确定方法

从船舶避碰数学模型出发，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，避让行动包括转向和变速，并给出了转向的角度和改变速度的大小．对避碰规则中的“早、大、宽”给出了定量的概念，避免了无谓的精神紧张和航程浪费，符合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。     

基于直航船满意度函数的两船避碰决策模型

基于直航船对让路船采取避碰行动满意度函数,利用期望值模型确定了让路船第一次采取避碰行动的合理时机及直航船第一次采取避碰行动的时机。为船舶间避碰决策提供依据。     

目标船运动参数及dCPA、tCPA决策模型

介绍了根据目标船方位和距离变化信息或本船与目标船航向和航速信息确定目标船相对运动速度和方向的决策模型，目标船航向和航速决策模型，目标船初始dCPA和tCPA决策模型，本船转向后dCPA和tCPA决策模型，目标船转向后dCPA和tCPA决策模型及目标船方位和距离变化的决策模型，并给出了相应的计算实例．所给出的不同情况下的dCPA决策模型，不仅能确定两船的最小会遇距离，还可直接根据其符号判断相对运动关系(过船首或船尾)．本船或目标船转向后的dCPA，tCPA决策模型，不受初始CPA等于0的限制，可适用于任何会遇情况，是船舶智能避碰决策与控制系统中转向避碰决策子系统和复航决策子系统的重要组成部分．     

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．