基于AIS数据的船桥碰撞概率评估方法研究

针对船桥碰撞风险评估中桥梁船撞概率计算问题,基于自动识别系统(AIS)数据获得桥梁船撞影响参数,以解决现有方法中没有考虑特定桥梁航区实际通航船信息的问题.基于AIS数据分析了航行船舶动态,获得了船舶位置、航速和偏航角等参数,分析了船舶交通流,并以实际的船舶交通流对AASHTO规范模型中的几何概率进行修正;基于内河流域水流变化规律对AASHTO规范模型中的偏航概率进行修正,对比分析了修正前后的结果差异.结果表明:AASHTO规范模型没有考虑通航船舶的实际航道和速度变化情况,会导致所计算的桥梁船撞概率结果误差较大;对于船舶航行情况复杂的桥区,有必要采用基于AIS数据获得的实际通航船舶信息来估计船舶在桥区的分布情况,以提高计算结果的准确性;对于水流流速变化达到3 m/s,流向角变化达到3°的流域,应考虑水流变化对碰撞概率的影响.     

AIS性能标准对船舶航行安全的影响

船舶自动识别系统(AIS)作为一种新型的船用助航设备在船舶避碰方面起到重要的作用,通过介绍AIS的发展过程与技术性能,分析因盲目信赖AIS可能带来的不安全因数,针对如何充分利用AIS的特性,提出维护水上交通安全的看法.     

互见中基于AIS数据的船舶领域

为确定船舶领域,根据琼州海峡船舶自动识别系统(AIS)数据,再现该水域内船舶航行过程.依据海上避碰规则,判断会遇船舶间避让义务关系,建立船舶避让行为和最近会遇点位置间的关系模型.利用数理统计和模糊数学方法,获得不同避让度下船舶领域的边界曲线,建立海上船舶领域模型.     

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。     

基于概率攻击图的船舶网络安全评估模型

为提升船舶网络安全性,结合概率图模型和时间指标构建一种定量的船舶网络安全评估模型,在考虑时间指标基础上,利用概率攻击图计算船舶网络被攻克概率。运用蒙特卡洛法模拟得出船舶网络被攻克概率与访问路径长度、节点被攻克概率、时长的关系。结果表明,基于概率攻击图的船舶网络安全评估模型可评估不同指标对船舶网络被攻克概率的影响。     

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。     

基于马尔科夫生存模型与粒子群算法 的动态航路规划

针对未知情况下航路规划问题,采用动态规划策略保证飞机可以实时规划未来路径,并引入基于马尔科夫的生存模型来获取飞机的生存状态概率,从而评估生存代价,再综合任务、油耗、飞机机动性等作为粒子群算法的目标函数与约束条件,同时为了缓解生存与任务之间的矛盾,引入目标函数权重自适应策略.仿真实验证明,提出的动态航路规划策略是可行的,自适应权重也在一定程度上缓解了生存与任务之间的矛盾,同时将基于马尔科夫的生存模型应用于动态航路搜索中,能够更加直观地掌握每一时刻飞机的生存代价以及各状态的概率.     

基于改进引力模型的主干航路网络规划方法

为了提高全国民航可用空域的利用率和运行效能,针对民航运输的特点,通过建立城市民航运输综合实力评价指标体系和阻抗函数对引力模型进行改进。应用改进的引力模型构建我国主干航路网络系统,并根据我国的城市地理分布对航路网结构进行优化调整。最后通过与现行网络的性能指标对比,证明利用改进引力模型构建和优化的航路网方案的网络安全性、网络总长度、航路利用率、网络连接度等指标都明显优于现行网络。     

基于全局优化的无人机编队协同攻击航路规划模型

为使无人机编队协同攻击航路从总体上达到最优,引入一种全局优化方法,分析了该方法在无人机编队协同攻击航路规划中的应用,建立了无人机编队的协同攻击航路规划模型,并对该模型的求解进行了分析,给出了求解的全过程。应用该模型对无人机编队协同航路进行了仿真研究,仿真结果表明,基于全局优化方法建立的模型可以满足约束条件下的航路规划要求,具有较强的工程实用性。     

基于运动状态估计的双无人机协同航路规划

在双无人机协同任务过程中,由于会受到敌方雷达、武器等干扰造成跟随机无法准确获得领航机状态,为保证跟随机能够尽可能跟随领航机,提出结合交互式多模型(IMM)算法和自适应差分进化(JADE)算法的方法进行跟踪与寻迹.首先,基于JADE算法为领航机优化一条平滑航路并建立领航机位置状态信息,同时利用多个机动模型匹配估计领航机运动状态;然后,根据估计信息,确定跟随机下一可行航迹点范围;最后,以双机时空协同为目标,设计跟随机优化目标函数,优化产生下一航迹点.仿真实验表明,仅8.8%的航迹点处于双机探测范围外,且短时间内能够回到理想位置,时间和空间上双机能够保持协同.     

基于双层优化模型的航路交叉角度设计

航路交叉角度是影响交叉点运行安全和效率的重要因素。针对多条航路交叉于一点的航路交叉结构,同时考虑多个高度层的运行以及航空器速度的变化,依据悲观决策原则,建立了航路交叉角度设计的双层优化模型。根据下层规划特点,证明了下层规划的最优解在速度区间的边界处取得,设计遗传算法求解上层规划。最后,根据实际运行中的航空器速度区间和航空器类型比例,设计3条航路交叉的算例验证模型方法的可行性和有效性,并分析了航路流量比例和速度区间对最优交叉角度的影响。     

基于动态概率关系模型的规划识别研究及应用

根据Sanghai等人在概率关系模型的基础上引进的动态概率关系模型的概念,把该理论应用于规划识别的研究。动态概率关系模型是动态贝叶斯网络(DBNs)的一种扩展。通过引进动态概率关系(DPRM)讨论了动态不确定性问题。粒子滤波算法,作为在DBNs中的标准推理方法,在运用与DPRMs时有严重的局限性。利用Rao-Blackwellisation关系理论可以有效的改善,进一步再引入规划树概念,使DPRMs在机械装配领域得到了成功的应用。     

基于Bi-BPNNs的船舶轨迹修复模型

为了解决船舶轨迹数据的异常和丢失问题,辅助轨迹复原和情景推演,提出一种双向学习模型,用于修复船舶轨迹.从AIS(Automatic Identification System)报文中提取航行船舶的上下文轨迹特征向量,改进基础BP(Back Propagation)神经网络的拓扑结构,构建具有双向预测功能的BP神经网络(Bi-BPNNs)模型,修复缺失的轨迹数据.使用长江干线航行船舶的真实轨迹数据对构建的模型进行验证和分析,通过与基础BP网络和常用线性插值方法的对比,证明Bi-BPNNs模型在船舶轨迹修复上具有更好的性能和效果.     

基于概率图模型技术的柱面全景图生成算法

为解决复杂场景下的全景图生成问题,应用了基于概率图模型的图像匹配技术,提出了一套完整的柱面全景图生成算法。采用动态阈值法对从图像中提取的H arris角点进行初步筛选,并结合图模型算法进行精确匹配,通过对匹配后特征点的迭代投影获得摄相机焦距,对原始图像进行柱面投影并融合。该算法具有对光照不敏感和全局最优化的特性,对图像噪声和特征点提取不准确有强健的承受能力,并有效地降低了计算复杂度,使算法更具有实用性。实验结果表明:能够对存在人车移动噪声和相机几何畸变的复杂场景正确合成360°全景图。     

基于改进马尔可夫决策过程模型的多机协同航路规划研究

该文针对多无人机在复杂环境下执行作战任务易受环境威胁影响的问题,提出一种基于改进马尔可夫决策过程模型的多无人机航路规划算法.利用离散化雷达威胁信息,设计多无人机作战环境与状态空间数目;将目标点方位空间离散化,进而合理分配状态转移概率;将雷达威胁与马尔可夫决策过程模型相结合,在无模型均匀结构的报酬函数基础上引入非均匀结构...     

基于自动识别系统信息感知的海事安全预警概率算法与安全建议

在大波浪、扰动、船舶密集等区域能够及时和连续收到自动识别系统(AIS)感知信号是改善航行安全的问题之一。在无线电干扰的情况下,为了确保海上安全和保护海洋环境,AIS信息感知信道中导航信号的概率研究具有实际意义。本研究目的是建立用于计算在AIS信息感知信道中海事信息信号概率的数学模型并根据信任系数来评估信息信道的保护因子以提高航行安全,在此提出与接收AIS信号概率相一致的信道保护合理值,就能评估理性ITU-R规定中对AIS系统广播时间和中继器的规则。同时结合AIS设备特性分析其与遵守COLREGs—72之间的联系。在此提出安全建议以帮助水手完善工作和改善设备。     

基于共现概率的三支聚类模型

三支聚类对不确定对象引入了边界域,可以有效解决传统二支聚类方法中由于信息不完整而导致划分不准确的问题。如何获得三支聚类的核心域和边界域是目前研究三支聚类的重点之一。该文将共现概率与三支聚类相结合,提出了基于共现概率的三支聚类模型。首先,基于朴素贝叶斯确定两样本的共现概率;其次,给出了基于共现概率的相似关系及其粗糙集的下、上近似,获得三支聚类的核心域和边界域;最后,在UCI数据集上的实验结果显示,该方法提高了聚类精度,验证了其可行性。     

基于元胞自动机的航道交通流仿真

文章基于自动识别系统(automatic identification system, AIS)数据,将汇入主航道的分支交通流对航道整体交通状况的影响进行研究,该种情况类似于城市交通中匝道入口的汇入情形。鉴于航道内的该种情况,以元胞自动机进行建模仿真;并通过分析可追越条件下两船之间的速度关系,发现其中规律与三相交通流理论中的速度适应机制相契合,于是将基本图理论与三相交通流理论中的合理部分相结合,构建一个既符合实际又便于模拟的单向双通道航道内的交通流模型,并通过图像和时间序列相关分析对该模型进行说明和验证。此外还利用该模型对带有汇入主航道内的交通流出现的一些交通现象进行仿真和说明。     

考虑船舶航速的船队规划非线性模型

通过分析船舶航速变化对船队规划决策产生的非线性影响,推导出船舶航速与船舶往返航次时间、航次成本以及航线配船数量三者之间的数学关系式,建立了混合整数非线性船队规划模型.针对模型特点,利用基于可行性规则的更新策略,结合模拟退火的局部搜索技术,提出了一种混合粒子群优化算法.以某航运公司为例进行仿真实验,将船队规划非线性模型与...     

基于果蝇优化算法的船舶操纵响应模型的辨识

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动响应模型的结构参数进行辨识,并用辨识得到的响应模型进行自航模变Z形试验预报.预报结果与自航模试验结果的对比验证了所提算法的有效性.研究结果表明,基于果蝇优化算法的参数辨识方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.