改进遗传算法的船舶航行路径规划方法

船舶航行环境十分复杂,路径规划是保证船舶智能航行的基本技术,针对当前船舶航行路径规划方法存在搜索最优路径速度慢、得到最优路径质量差等缺陷,设计了基于改进遗传算法的船舶航行路径规划方法。首先对船舶航行路径规划原理进行分析,构建船舶航行路径规划的建模环境,然后产生船舶航行路径规划的可行解,引入改进遗传算法模拟生物进化机制对船舶航行路径规划可行解进行分析,搜索到最优的船舶航行路径规划方案,最后在Matlab 2017平台上进行了船舶航行路径规划仿真测试。改进遗传算法不仅能够在有效时间内找到最优的船舶航行路径规划方案,让船舶航行路径十分安全,能够有效避开所有障碍物,而且找到船舶航行路径规划方案的迭代次数明显减少,是有一种有效的船舶航行路径规划方法。     

基于神经网络精准规划船舶航行路线的算法

船舶航行中精准规划航行路线,合理避开障碍物是安全运行的关键。为此,设计一种基于神经网络精准规划船舶航行路线的算法。利用遗传算法优化神经网络权值,建立基于神经网络的船舶航迹预测模型,在模型内输入船舶航向与航速,输出船舶经、纬度差,即船舶航迹预测结果,依据该结果,获取船舶航行时路线规划环境;依据马尔科夫决策过程,得到路线规划最佳策略网络,通过深度强化学习神经网络确定最佳策略,在该网络内输入路线规划环境预测结果,确定规划策略内船舶执行动作,完成航行路线精准规划。实验证明：该算法可精准预测船舶航迹;在不同水域及场景下,均可精准规划航行路线,确保航行时无碰撞危险,降低航迹点平均距离偏差。     

基于数据挖掘的船舶海上复杂交通流避障导航建模

船舶在海上航行,由于海洋环境复杂,航道上船舶的航行航速、航向、载重等均存在不同,因此,航行过程中的船舶随时面临着各种风险与障碍物。为了更好地保障船舶安全,必须对各种障碍物进行预判,寻找到最安全科学的航线,为此建立新型的船舶海上复杂交通流避障导航模型——FABP模型。首先将蚁群算法与c均值模糊聚类算法进行融合,得到各种障碍物的聚类中心,然后利用BP神经网络自动寻优能力,根据不同聚类中心的类型,对海上不同类型的障碍物进行预判,得到最优的船舶海上复杂交通流避障航线,最后进行实验仿真,结果表明,本文模型得到的船舶海上复杂交通流避障航线,路途更近,安全性能更高,效率更高。     

基于CATIA V6的船舶结构有限元网格方法

CATIA作为一款通用的工业设计软件,在许多制造行业得到了广泛的应用。随着V6版本较之V5版本进一步的提升了结构模型转换FEM平面单元的能力,CATIA目前已能够实现船体结构模型直接生成有限元网格。通过深入应用CATIA V6,依靠软件强大的三维建模功能,能够极大的减少船体结构划分有限元网格工作的工时。同时利用关联设计复用以往模型,进一步提高FEM模型的生成效率。甚至能够为实现船舶结构设计CAD/CAE一体化的目标提供了具有可行性的研究路径。因而本文通过分析CATIA软件生成有限元网格机制,结合船舶结构有限元分析对生成网格的要求特点,确定了具有实践性的结构建模与网格划分方法。最后通过实践案例予以验证,结合网格质量检查与优劣势分析,基于CATIA平台为船舶结构快速生成有限元网格提供了一种较为高效的方法。     

基于改进蚁群算法的船舶冰区航行路径规划

在北极航道开通的背景下,针对在冰区航行环境中船舶航行路径选择的特殊性,通过改进蚁群算法提高船舶航行路径的规划效果。综合考虑航线距离、航行操作复杂度和流冰规避在内的冰区航行路径影响因素,建立路径选择多目标规划模型,结合人工势场法对蚁群算法进行改进,通过人工势场法获得初始路径和节点间距离因素构造启发信息,并以电子海图为基础建立海冰覆盖率分别为30%和50%情况下的冰区航道环境栅格模型,将算法应用在栅格模型中对算法进行验证。结果表明:该算法实现简单,规划的路径优良,能够有效地满足船舶在冰区复杂环境中航行路径规划的需要。     

基于非线性模型的船舶避障路径预测方法分析

传统船舶避障路径预测方法针对小目标、小范围障碍物,此种方法的避障准确率会大幅度降低,给船舶航行安全带来威胁。为了解决上述问题,提出基于非线性模型的船舶避障路径预测方法分析。根据避障预测的非线性特点,首先对船舶航行路径进行非线性初始模型建立;然后根据模型计算变量关系,对避障关系量进行避障模型定义;最后,根据定义的避障模型完成避障过程计算。通过仿真实验的对比数据,证明提出设计方法,具有提升小范围、小目标障碍物避障成功率的作用。     

复杂海面环境下船舶航行最优路径规划数学模型

以保障船舶安全航行为基础,以提升船舶续航能力为目的,研究复杂海面环境下船舶航行最优路径规划数学模型。利用概率路图法将船舶航行的、具有复杂海面环境特征的全局海域环境转换成离散空间,采用连接采样点获取离散空间若干条由初始点至目的点的路径,生成路线图。依照某船舶航行性能评价指标,构建航行路线图中的最优路径规划数学模型,考虑复杂海面环境设定地形与威胁约束、船舶转弯角度约束以及路径平滑度约束等。采用基于震荡型入侵野草优化算法求解数学模型,在所构建的路线图内获取一个符合标准的解向量,即最优路径规划结果。实验结果显示,该模型能够有效获取最优路径规划结果,以能耗最低为船舶航行性能评价指标时更利于船舶续航。     

一种基于AIS数据的船舶航线自动规划方法

为采用航线自动规划技术设计出最优船舶航行路径,提出一种基于船舶自动识别系统(Automatic Identifi-cation System,AIS)数据和航行区域栅格化地图建立环境模型,结合蚁群算法求解最优航线的航线自动规划方法.对航行区域地图进行栅格化处理,利用海量AIS数据定义可通航栅格和障碍物栅格,结合邻接矩阵...     

基于深度网络的船舶冰区航行路线规划方法

本文提出基于深度网络的船舶冰区航行路线规划方法。从船舶航行动作出发,以深度Q网络为基础,设计船舶航行所处的状态空间、动作空间以及奖励函数,其中使用栅格法建立冰区模型,构建船舶航行的冰区状态空间;船舶动作在各空间及奖励函数过程中学习与训练,生成寻优路线,经平滑处理后,缩短航行距离,由此为船舶规划出从当前位置出发,能够避免与冰区中浮冰发生碰撞的航行线路。研究结果表明,该方法迭代8 000次后能够生成较为良好的路径,模拟生成的航线能够准确避开浮冰且路径节点减少较为平滑。     

基于蒙特卡罗技术的舰船尾流散射光特性分析

舰船在高速航行时需要考虑到尾流对船体控制产生的影响,因此在船舶设计阶段往往会采用各种先进的技术手段,对尾流的产生机理和船体的作用效果进行仿真,从而为保障船舶的航行安全提供技术支持。本文采用蒙特卡罗技术以提高船舶尾流的分析能力,通过建立船体的尾流模型,可以得到在线性和非线性情况下的特征量,从而能够知晓船体尾流与船舶运动状态之间的关系。文中通过对尾流散射光数据的误差分析和归一化处理,得到特定情况下的船舶尾流特性仿真结果。     

海上风电场区船舶A~*避碰寻路算法

针对国内风电场距离航道较近、船舶在其附近航行时容易发生碰撞事故的问题,研究基于A~*改进算法的海上风电场水域船舶避碰寻路算法。基于改进的人工势场模型,按照船舶避碰要求建立风机威胁势场和他船威胁势场;将风电场区地图栅格化,计算各小方格处总的威胁值,构建威胁地图;以各栅格的威胁值作为船舶航行代价,利用A~*算法找出从当前点到目标点的移动航线;针对采用普通A~*算法生成的航线中拐点多、方向受限的问题,提取各拐点进行通视性检验并删除冗余点,最终得到符合船舶在风电场区航行要求的安全航线。仿真试验结果表明:采用该方法得到的规划航线能在与风机障碍物保持安全距离的同时,具有最短长度。     

Path planning method for unmanned surface vehicle with controllable distance from obstacles北大核心CSCD

[目的]为了解决水面无人艇(USV)路径规划中安全性和平滑性方面的问题,提出一种与障碍物距离可控的USV路径规划方法。[方法]首先,结合雷达图像生成栅格化环境信息,利用维诺场算法(VFA)为每个栅格添加危险势场并建立航行界限;其次,建立与航行界限关联的危险度函数对A^(*)算法的评价函数进行改进,利用改进的A^(*)算法进行路径规划;最后,针对航行路径转向角较大的问题,采用梯度下降法(GDM)进行航行路径的平滑处理,得到满足USV实际航行要求的连续平滑路径。[结果]仿真结果表明,所提路径规划方法通过设置不同的航行界限可以实现路径与障碍物之间距离的控制且平滑性符合航行要求。[结论]该方法在USV路径规划过程中具有一定的合理性和有效性,可为USV自主避障决策提供参考。     

基于排队论的东营港规划航道通过能力确定

为了评估东营港规划航道与港区的匹配程度,综合考虑船舶的航行安全及航道的服务水平因素,以排队论为基础,构建港口航道通过能力计算模型并提出代表船型的选取方法,计算得到可通过代表船型数量和货运量,最终得到东营港规划航道的通过能力。计算结果与东营港规划中预测结果进行比较,验证了模型的有效性和可信度。     

船舶自动航行中的多目标遗传算法应用

船舶自动航行是未来航海领域重要的关键技术,算法通过对船舶航行目标及安全水域的分析,自动的寻找船舶航行最佳路径,属于路径规划研究一类。标准遗传算法通过对遗传物质基因的继承和映射,来寻找自然进化过程中的最优解,也是解决路径规划类问题的重要方法,但是其最优解往往会陷入局部最优,需要进行优化。本文研究海上自动航行中的路径匹配模型,利用多目标遗传算法给出船舶路径规划图解决方法,并对算法进行仿真。     

基于无线网络的船舶航道水深测量研究

基于无线网络的船舶航道水深测量方法提升水深测量效果,为确保船舶航行安全提供参考。以超声波测距传感器为无线水深测量节点,采集船舶航道水深数据,利用相关函数法预处理超声波信号,提升水深数据采集精度;汇聚网关利用基于网络编码的数据传输方法,转发采集的水深数据至中央处理器;通过中央处理器分析处理接收的数据,并存储至对应的数据库内;用户利用客户端调取数据库内的数据,实时查看船舶航道水深测量结果。实验证明：该方法可有效采集船舶航道水深数据,精准测量船舶航道水深;不同冗余系数下,该方法数据传输的能耗较低,具备较优的数据传输效果。     

基于bim的航道改造对船舶通航能力影响建模

针对当前采用的航道改造对船舶通航能力影响模型精确度不高,无法准确描述航道改造对船舶通航能力影响问题,提出一种基于bim的航道改造对船舶通航能力影响建模方法,通过计算航道弯曲半径,及船舶安全通过的最小弯曲半径,分析航道弯曲半径与船长关系,计算船舶能够顺利通过的弯曲航道宽度,通过分析交通事故数与航道曲率之间的关系,利用最小平方法确定交通事故数与航道曲率之间关系误差,从而建立航道曲率与相对事故量模型。在此基础上,建立航道水深和航道宽度的计算公式,计算了顺直河道单线航行和双线航行航道宽度,确定了顺直河道长宽比与船长的关系,并计算船舶安全通过弯曲河道所需最小航宽,并对其中参数进行计算,综合二者对船舶通航能力影响,建立航道改造对船舶通航能力影响建模。实验证明,所提方法能够准确描述弯曲河流和航道尺寸与船舶通航能力之间关系。     

基于CATIA的船舶主船体造型特征建模研究

为维护主船体的航行稳定水平,实现对船舶安全营运环境的合理保护,提出基于CATIA的船舶主船体造型特征建模方法。针对关键性二次开发技术,进行船体主要造型结构的设计,实现CATIA船舶模块的研究及二次开发。在此基础上,确定船舶主船体的稳性能力,通过提取既定型值的方式,计算得到准确的大倾角数值,实现基于CATIA的船舶主船体造型特征模型的顺利应用。对比实验结果表明,与传统三维建模手段相比,CATIA技术支持下船舶特征建模方法的CSA重构系数值更大,能够较好地维护主船体的航行稳定能力,满足合理保护船舶安全营运环境的实际应用初衷。     

人工智能在船舶航行数学建模中的应用

为保障船舶在海上安全航行,提出人工智能在船舶航行数学建模中的应用。使用Maklink图论方法描述海上作业点分布,建立作业点Maklink连接图,生成船舶在作业水域内可航行网络图。建立船舶在海上作业区域航线规划数学模型,并设置约束条件;利用Dijkstra算法求解船舶在海上作业危险区域航线规划模型,得到船舶航行初始航线;利用人工智能算法内的蚁群优化算法对船舶航行初始航线实时优化处理,得到船舶航行最终航线,为船舶穿越海上作业区域实时导航。实验结果表明,该方法可有效生成船舶在作业水域航行网络图,得到初始航线并对初始航线优化处理,应用效果较佳。     

AR技术下船舶导航系统交互界面设计

为充分利用AR技术优势设计船舶导航系统交互界面,合理展示船舶航行环境以及航行路线,确保船舶航行安全,提出AR技术下船舶导航系统交互界面设计方法。合理设计船舶导航系统交互界面架构,有效采集与预处理船舶航行环境信息,利用AR技术构建船舶航行环境三维虚拟模型,经法线贴图,凸显模型表面的细小轮廓特征后,使用改进插值算法完成模型渲染,增强模型高光效果,提升船舶航行环境以及航行路线可视化效果。实验结果表明,应用该方法能够设计出效果较好的船舶导航系统交互界面,导航效果理想,可确保船舶安全稳定航行。     

先验地理信息辅助下船舶避碰轨迹规划模型构建

当前船舶轨迹规划方法由于缺少对地理信息的深入分析,导致船舶容易发生碰撞,因此构建了先验地理信息辅助下船舶避碰轨迹规划模型。利用先验地理信息辅助技术,检测船舶直线航行与曲线航行的全局与局部显著性。针对船舶避碰运动的非线性特征,建立了船舶避碰轨迹规划模型,并采用加权方法调整经济和安全权重之间的关系,得到一条全局最优的可行路径。经实验验证,该模型所得结果与实际的航速、航向一致,有效解决了船舶碰撞问题。