基于强化学习的自主式水下潜器障碍规避技术（英文）

Obstacle avoidance becomes a very challenging task for an autonomous underwater vehicle(AUV) in an unknown underwater environment during exploration process. Successful control in such case may be achieved using the model-based classical control techniques like PID and MPC but it required an accurate mathematical model of AUV and may fail due to parametric uncertainties, disturbance, or plant model mismatch. On the other hand, model-free reinforcement learning(RL) algorithm can be designed using actual behavior of AUV plant in an unknown environment and the learned control may not get affected by model uncertainties like a classical control approach. Unlike model-based control model-free RL based controller does not require to manually tune controller with the changing environment. A standard RL based one-step Q-learning based control can be utilized for obstacle avoidance but it has tendency to explore all possible actions at given state which may increase number of collision.Hence a modified Q-learning based control approach is proposed to deal with these problems in unknown environment.Furthermore, function approximation is utilized using neural network(NN) to overcome the continuous states and large statespace problems which arise in RL-based controller design. The proposed modified Q-learning algorithm is validated using MATLAB simulations by comparing it with standard Q-learning algorithm for single obstacle avoidance. Also, the same algorithm is utilized to deal with multiple obstacle avoidance problems.     

拖网渔船避碰行为的模糊综合评价模型

运用模糊理论建立单拖网渔船避碰行为的模糊综合评价模型，并且运用该模型评价单拖渔船的避碰行为。结果表明，该评价方法是合理的，可用来作为渔船避碰决策的基础。     

“协议避碰”的性质

为了充分发挥协议避碰的作用,分析了《1972年国际海上避碰规则》以及协议避碰的性质,提出了协议避碰的适用时机和注意事项。     

船舶避让行动浅析

从建立船舶智能避碰系统所需要的角度出发,对船舶避碰过程中的会遇态势、避让责任、避让时机和避让行动等问题进行了分析和归类。     

拖网渔船避碰行为的不确定性分析

通过对交叉相遇局面中单拖网渔船避碰行为的实际调查，应用信息熵理论，建立了避碰行为的不确定性模型。借助对交叉相遇局面中的让路船在不同距离、不同DCPA时采取避碰行动的不确定性分析，为相应局面中的船舶避碰决策提供参考。     

一个基于多主体通信的船舶避碰协商模型

在船舶避碰多Agent决策支持系统(SCA-MADSS)平台上,开发一个基于多Agent通信的船舶避碰协商决策模型,从而为解决船舶避碰问题提供了一种新的方法。在Speech Act理论的基础上设计了Agent间的通信原语及其状态转移图,并根据实际避让操作需要确定了通信格式和通信关键字。基于Agent通信机制和多Agent规划方法,设计了一个以互利为目标,以合作为形式,以协商为手段的船舶避碰决策模型及其规划算法。试验结果表明该模型可以有效地减少避让过程中的不协调性,所获得的避让方案更为合理与经济。     

基于专家系统和搜索算法避碰系统的研究

介绍了一种运用了专家系统和动作空间搜索的避碰系统。运用模糊理论来推论碰撞危险度,通过A搜索算法设计避碰行为。船舶动作空间搜索算法源于运用了船舶航行规范的专家系统。通过ECDIS中的人机界面及数学仿真结果,证明了采用专家机制的避碰系统可以采取更合理的行动。     

基于证据理论的货运船舶避碰行为选择模型

在分析信息融合技术,尤其是证据理论的基础上,建立货运船舶避碰行为选择的信息融合模型,并结合M决策法,以船舶避碰行为选择进行实证分析。     

多船避碰决策理论与模型分析

考虑到多船避碰的影响因素众多,除考虑周围船舶的态势外,还需考虑风流等自然因素的影响,以及避碰规则的种种制约,为此,分析多船的会遇局面以及避碰的机理,充分考虑影响避碰的各个因素,运用静态非完全信息的博弈论建立多船避碰决策的数学模型.     

模糊数据库技术在航海避碰决策支持系统中的应用

将航海避碰案例规范化 ,并根据案例中部分信息的不精确性 ,在数据库系统的数据表示和查询中引入模糊技术 ,从而形成了一个模糊关系型的避碰案例数据库系统 ,并将其嵌入到航海避碰决策支持系统当中 ,为安全航行提供了更丰富的决策信息。     

基于模糊集合理论的船舶碰撞危险度模型

为了解决多船避碰决策过程中避让行动优先级问题,提出一种基于模糊集合理论的船舶碰撞危险度确定模型。选取最近会遇距离、最近会遇时间、船间距离、相对方位、船速比5个因素建立碰撞危险度影响因素集,并确定各因素评价集、评价指标以及各参数的隶属度函数,经模糊综合评价得到船舶碰撞危险度计算模型。设置两船交叉会遇以及多船交叉会遇2种会遇局面进行仿真实验,实验结果验证了该模型的有效性。     

交叉相遇局面中船舶避碰行动的不确定性

通过对船员避碰行动调查,根据信息熵理论研究评价了在交叉相遇局面中让路船舶两船间初始ＤＣＰＡ和距离采取避碰行动种类的不确定性,并与在接近对遇局面的相应情况进行了比较,为处于相应局面船舶的避碰决策提供参考。     

基于前景理论的船舶避碰决策优化方法

针对船舶避碰决策行为差异,提出一种运用前景理论求取最佳船舶避碰决策方案的优化方法。在分析避碰行为个体差异的基础上,运用前景理论和多指标灰关联决策相结合的方法,构建考虑驾驶员风险态度的船舶避碰方案选择决策优化模型,以船舶碰撞危险度、航程损失和轨迹平稳性作为决策指标,研究在同一会遇场景下驾驶员不同风险态度的最优避碰方案并进行对比分析。研究结果表明:该模型可优化船舶驾驶员在不同风险偏好下的最优避碰方案选择,将前景理论运用到船舶避碰决策优化中是可行且有效的,能为船舶避碰决策和决策拟人化提供支持。     

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...     

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。     

基于ARPA算法的航海应用研究

研究如何拓展ARPA在航海领域的应用,设计一种操作简单且直观的为操纵者提供船舶当前态势,并能实时为操纵者提供避碰决策的雷达避碰算法,对船舶操纵者保证航行安全,有重要的意义。介绍了罗盘坐标系与笛卡尔坐标系转换的算法,设计了基于避碰解析几何的态势标绘算法和避碰标绘算法。     

限制水域的船舶避让责任与避碰分析

限制水域是船舶会遇率较高的水域,也是事故多发水域。在对限制水域船舶避让的法律条款适用问题和碰撞事故原因分析的基础上,提出限制水域船舶会遇构成追越、对遇和交叉等态势下的避让责任的划分,特别讨论了限制水域端部的会遇船舶的避让责任问题。最后,对限制水域船舶避让行动提出了戒备、航行与避让、声号信号与通信、航行值班、操纵与应急操作等方面的要求。     

船舶自动避碰方法的研究

本文提出了利用框架式专家系统与数理分析相结合的仿人智能避碰方法,经过计算机仿真表明,实现了海域无约束船舶避碰方案的自动编制,为船舶自动避碰系统的研究迈开了可喜的一步     

船舶避碰路径规划研究综述

对船舶避碰模型和路径规划方法进行分类综述和评价,将评价碰撞危险的船舶避碰模型分为碰撞危险度模型和船舶领域模型,将现有的船舶避碰路径规划方法分为确定性方法和智能优化方法,并分别对其研究成果进行总结,分析船舶避碰路径规划发展趋势.