船舶避碰多Agent决策支持系统的设计

建立了一个船舶避碰(SCA)多Agent(主体)决策支持系统(SCA-MADSS),设计了SCA-MADSS的组织结构,并给出该结构的形式化描述,提出了船舶避碰联盟的概念及其构造原则,根据在避碰决策制定过程中功能的不同,分别建立了Control-Agent、Union-Agent、Ship-Agent和VTS-Agent四种智能主体模型,并重点介绍了Ship-Agent的BDI结构模型。     

Multi-agent在船舶避碰决策中的研究与应用

船舶避碰决策问题由于受到诸多因素的影响,使得避碰决策模型必须能够适应复杂多变的环境。本文给出一种基于Multi-Agent的船舶避碰决策方法,对于复杂问题,Multi-Agent模型性能更优于单Agent模型。通过对多目标船舶避碰实验的仿真,能够得到与人工分析一致的结果表明,本文方法具有一定的合理性。     

基于协商的船舶避碰仿真系统的设计及分析

介绍了以互利和全局较优为目标,从一个更为人性化和实用化的角度来解决船舶避碰问题的基于协商的船舶避碰理论,给出了为实验验证该理论而实现的仿真系统的设计,并通过模拟数据对该理论进行可行性验证和分析.验证结果分析表明:协商避碰基本是可行的,即两船在不同的会遇态势下通过协商可以得到安全并且比让路船单独避让的方案更经济的整体避碰方案,协商数学模型的一些关键参数的取值对协商过程及结果的影响符合理论预期.     

未知环境中无人驾驶船舶智能避碰决策方法

[目的]为了实现无人驾驶船舶在未知环境下的智能避障功能,[方法]首先,建立一种基于深度强化学习(DRL)技术的无人驾驶船舶智能避碰决策模型,分析无人驾驶船舶智能避碰决策面临的问题,提出智能避碰决策的设计准则。然后,在此基础上,建立基于Markov决策方法(MDP)的智能避碰决策模型,通过值函数求解决策模型中的最优策略,使无人驾驶船舶状态对行为映射中的回报最大,并专门设计由接近目标、偏离航线和安全性组成的激励函数。最后,分别在静态、动态障碍环境下进行仿真实验。[结果]结果表明,该智能决策方法可以有效避让障碍物,保障无人驾驶船舶在未知水域中的航行安全,[结论]所提方法可为无人驾驶船舶的自主航行提供理论参考。     

船舶智能避碰决策系统中会遇局面决策模型

会遇形势(encounter situations)是确定所适用的规则条文进而确定避让责任和应采取的避让行动的重要依据之一,也是船舶智能避碰决策与控制系统的组成部分.此文综合分析国内外现有文献资料的基础上,提出了更适合船舶智能避碰决策系统的会遇形势划分方法,并建立了相应的决策模型.     

基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法

针对受限水域船舶动态智能避碰问题,将航迹预测与改进速度障碍相结合,提出一种船舶动态智能避碰方法。建立两船相对运动模型并实时计算船舶避碰运动参数,基于三自由度船舶操纵运动数学(MMG)模型和Kalman滤波算法分别预测本船(OS)和目标船(TS)下一时刻运动状态;然后结合《国际海上避碰规则》(简称《规则》)、良好船艺、航迹预测模型、速度障碍算法和航向控制系统等分析设计船舶动态智能避碰决策模型;通过仿真试验验证动态智能避碰决策模型的可行性和有效性。结果表明：该算法可满足受限水域两船和多船复杂会遇局面下船舶智能避碰,实现动态避碰条件下的船舶安全航行。     

基于速度障碍的多船自动避碰控制方法

传统避碰方法侧重于根据船舶实时位置设计可行的避碰路径,较少考虑结合船舶动力学和船舶运动控制来设计一个完整的自动避碰系统。对此,提出一种实用、基于相对速度方向的自动避碰方法。该方法同时考虑避碰路径规划和本船运动控制,主要包括3个部分:首先,基于运动方程计算本船和目标船的基本运动与位置参数;其次,利用速度障碍方法计算本船实时的可行避碰方向;最后,实现控制变量的变换和控制算法设计。该方法是一个灵活、容易实现的多船避碰控制算法,模拟结果显示其具有较好的效果,并给出了进一步研究的建议。     

规则约束下基于深度强化学习的船舶避碰方法

为减少因人为操作不当导致的船舶避碰事故,提高船舶航行的安全性,提出一种基于深度Q网络(Deep Q Network, DQN)强化学习方法的船舶智能避碰算法。依据船舶间实时获取的航行状态信息,从全局角度构建智能避碰算法深度强化学习状态集;在对《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)进行充分理解的基础上合理量化部分COLREGs,综合考虑航向跟随、船舶碰撞和规则符合等因素,设计船舶智能避碰DQN算法奖励函数,保证避碰决策安全有效且满足避碰规则的要求。分别针对两船和多船会遇场景进行仿真试验,结果表明:该方法可使船舶在COLREGs的要求下有效避让来船,为船舶智能避碰技术的研究提供参考。     

基于改进人工势场法的船舶自动避碰研究

为解决传统人工势场法在船舶自动避碰中无法判断避让责任和紧迫局面的问题,创新性地将船舶会遇态势及危险度评价指标引人人工势场中,通过船舶之间相对方位来判断船舶的避让责任并限定避让措施,通过实时计算船舶碰撞危险度,设定相应阈值来界定是否产生紧迫局面,指导船舶采取进一步避让措施.通过对船舶对遇、交叉相遇和追越3种典型局面的仿真实验表明,本文所设计的势场能够较为清晰地判断避让责任和紧迫局面,所规划的船舶避让措施更加符合国际海上避碰规则的要求.     

基于AIS通信的船舶避碰多Agent决策支持系统的设计与实现

多Agent系统(Multi-Agent System,MAS)是计算机科学中比较新的一个分支,主要研究在逻辑上或物理上分离的多个主体之间进行协调的智能行为,最终实现问题求解。本文鉴于对分布式船舶避碰决策系统的需求,提出以互利和缓解整体碰撞危险局面为目标的多Agent避碰决策系统。并通过建立模型的方法在VC平台上实现了该设计。     

舰船自动智能避碰数学模型及其仿真研究

为了提高舰船航行的安全和效率,达到最佳操船效果,需要建立舰船自动智能避碰数字模型.当前模型在分析舰船避碰风险度的基础上,通过人工智能、进化计算和软计算等方法实现舰船自动智能避碰,存在避碰识别准确率较低的问题.本文提出一种新的舰船自动智能避碰数学模型,首先对舰船会遇态势进行判断;然后建立预测舰船碰撞风险判断模型,预测本舰船实施自动智能避碰方案后的复航时机是否已到,以及本舰船立即复航是否能够让清目标舰船或其他所有目标舰船;最后依据舰船碰撞风险判断结果,以当前舰船潜在碰撞风险为例,建立舰船自动智能避碰数学模型.仿真结果证明,所提模型能够实现舰船自动智能避碰.     

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法。[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响碰撞危险度因子的模糊隶属度函数,提出一种多元碰撞危险度评估模型,实现船舶碰撞危险度的精确计算;最后,以船舶避碰总路径最短为目标函数,提出一种基于驾驶员视角(BOP)的智能避碰决策模型,在船舶操纵性、舵角限幅等约束下求解最优避碰策略,并在典型的会遇场景下进行仿真实验。[结果]结果表明,该方法可以准确判断驾驶航行态势,给出合理的转向策略,实现典型会遇场景下的有效避碰。[结论]所做研究可为实现船舶自主航行提供理论基础和方法参考。     

基于"当前"统计模型的机动目标运动要素解算

在避碰过程中,舰船一般处于机动状态.因而,对机动目标运动要素解算的精度直接影响到避碰的效果.通过对多种模型的比较,选用了"当前"统计模型,"当前"统计模型相对于其他模型能够更为真实地反映目标的机动变化.仿真结果表明,此算法收敛迅速并有较高精度,其解算所得的目标运动要素能够满足舰船避碰等实用要求.     

基于Matlab平台的船舶避碰模型研究

根据本船的运动参数及连续两次观测所得到的目标船的相对方位和距离,运用避碰几何原理,在Matlab平台下建立了船舶避碰真运动模型,可以得到目标船运动参数及本船的避让措施和恢复航向的时机,并给出真运动轨迹图。文中还选择船舶会遇的典型实例对本模型进行了验证,结果表明,模型模拟的结果正确,对实际避碰行动有参考价值。     

智能船舶的反应型避碰规划研究

对于多船会遇场景而言，在反应型避碰规划中考虑操船者意图具有明显的优越性，可在紧迫局面下更合理地执行《1972年国际海上避碰规则》（即COLREGs）的背离规则。对此，提出一种基于隐马尔可夫模型的操船意图预报方法，将生成的目标船意图预报结果与经典速度障碍法相融合，产生更合理的碰撞危险评估结果，据此建立的反应型避碰规划算法比经典速度障碍法更安全。依托案例三体船完成的自主避碰试验，验证所提改进算法的有效性、可靠性和实时性，为智能船舶的自主避碰研究提供参考。     

集成船桥系统的现状与未来

以文献资料为基础,作者结合在船舶操纵运动数模、自动避碰、自动驾驶等方面的科研实践,对集成船桥系统（ＩＢＳ）中的航线与航行计划制定、定位与导航、操纵与控制、避礁与避碰、通讯、系统集成六方面进行了较为概括的叙述,并对集成船桥系统所面临的主要问题和未来展望提出了看法。     

考虑船位预测不确定性的船舶碰撞危险度计算方法

[目的]船舶碰撞是威胁智能船舶航行安全的主要因素。船舶碰撞危险度计算模型应及时发现船舶航行中潜在的碰撞风险,为智能船舶的自主避让决策提供依据。[方法]首先,根据船舶领域侵入程度与侵入时间等参数,分析基于领域的碰撞危险参数计算模型,将航行场景划分为单船会遇局面和本船与船舶群组的会遇局面,给出一种新的多船会遇情况下的碰撞危险参数计算模型;其次,基于维纳过程对船位预测不确定性进行建模,根据卡方分布获取船位预测不确定性椭圆;最后,给出考虑船位预测不确定性的碰撞危险参数计算方法。[结果]该计算模型能够考虑船位预测不确定性对船舶碰撞危险的影响。[结论]可以进一步保障智能船舶的海上航行安全。     

多船会遇自主避碰算法

船舶碰撞事故不仅带来人员和财产的巨大损失，还造成了环境污染、资源浪费等严重后果。因此，船舶自主避碰技术已成为当前船舶与航运领域研究的热点问题。提出了一种满足COLREGs避碰规则的多船会遇自主避碰算法，以经典速度障碍法为基础设计自适应采样避碰轨迹生成算法，并应用运动基元理论对避碰轨迹进行调整，使轨迹满足船舶操纵性约束条件。针对案例三体船模型，完成了多船会遇场景下的船模自主避碰航行试验，验证了所提算法的有效性和实用性，对船舶自主避碰系统的研发具有重要借鉴意义。。     

船舶避碰系统的智能化研究综述

综述了船舶避碰系统领域中智能化研究的现状,主要介绍了模糊控制,神经网络专家系统等智能方法在避碰系统中的应用,并指出了为实现系统的完全智能化亟需解决的问题。