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...     

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。     

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。     

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。     

基于Dijkstra算法的极区船舶航线规划方法

极区船舶航行面临诸多环境因素引起的安全风险,其中以海冰冰厚和密集度等因素的影响最为显著。为指引极地航行船舶根据冰况合理地进行航线规划,文章通过建立海冰栅格地图模型,采用Dijkstra算法,结合冰阻力估算公式考虑船舶尺度参数影响,针对航行距离、航行时间以及燃油消耗等优化目标,建立多目标极区船舶航线规划求解方法。结果显示,基于文章规划方法可提供符合不同目标要求的合理航线。研究成果可支撑考虑船舶本身性能的航线规划方法构建,为实际工程应用奠定基础。     

多方向航行船舶防碰撞航线有限元计算研究

传统船舶防碰撞算法主要以船舶航线间距为碰撞计算要素,但是在多方向航行因素引入后会出现防碰撞航线输出量精准度降低问题。为此提出多方向航行船舶防碰撞航线有限元计算研究。通过对船舶多方向下避碰的计算,获得避碰瞬态速度关系量;以此为基础对避碰计算规则进行遗传计算,得到预输出航线数据;对预输出航线数据进行有限元计算,提升多方向航行船舶的防碰撞航线计算的精准度。为验证计算结果的精准度,设计一组仿真对比实验进行对比测试,并得出结论。     

船舶智能决策关键技术实现方案研究

为研究船舶智能航行关键技术智能决策实现过程方案,对智能决策的实现过程进行分析,并对智能决策过程中的关键问题确定航线智能规划目标、建立航线规划模型、确定避碰决策目标、碰撞危险度等进行了分析,提出智能决策实现过程方案。     

基于Maklink图和蚁群算法的航线规划

为实现航线自动规划设计,提出一种可行的计算方法,并对船舶实际运营中进行航线规划时需注意的问题进行分析。以路径最短为目标,建立以避开障碍物区域和危险区域、控制转弯角度及减少转向点数目等为约束条件的规划模型。在建立模型过程中,采用Maklink图和Dijkstra算法生成初始规划路径,采用蚁群算法对路径作进一步的优化和调整,以满足约束条件。试验结果表明:与传统的在纸质海图上绘制航线及在电子海图上手动输入转向点生成航线相比,通过智能算法生成航线具有耗时短、经济可靠等优点。     

多船并行航行轨迹精准控制算法研究

传航行轨迹精准控制算法在多船并行情况下,由于计算中没有区分航线航向,造成航行精准度较低,为此提出多船并行航行轨迹精准控制算法。构建船舶轨迹精准控制模型,根据船舶航行目的生成船舶运行轨迹,以实际航行轨迹为基础计算船舶定位航线,分别计算船舶直线航行控制轨迹以及曲线航行控制轨迹,完成多船并行航行轨迹精准控制算法设计。设计仿真实验,通过模拟使用环境,将提出算法与传统算法进行比较,实验结果表明提出方法计算的航行精准度更高,证明研究方法具备有效性。     

船舶自动智能避碰数学模型及其计算机仿真研究

船舶避碰系统是保障船舶安全运行的重要保障之一,其通过船舶携带的各类电子辅助设备对航行中的状态数据进行采集,在避碰系统中进行综合处理,将分析结果传输至船舶操控室。同时,随着航海航线船只密度的增加,发生碰撞概率急速增加,需要建立更为全面的数学模型对船舶的避碰过程及策略进行研究。本文构建船舶避碰中整个过程数学模型,结合船舶自动识别系统给出了基于遗传算法的自动化智能避碰策略,最后对算法进行仿真。     

改进蚁群算法及其在船舶最优航线导航中的应用

由于海洋航行环境复杂,同时受到各种风、浪、流等多种因素的影响,使得在通航水域发生的安全事故随之增加,造成巨大的财产损失,同时危及船员的生命安全。为了保障船舶在海洋上安全高速航行,必须设计出最为安全可靠的最优航线。针对传统的蚁群算法在船舶最优航线导航过程中后期存在收敛速度慢、易出现停滞的缺陷,设计一种改进的蚁群算法进行船舶最优航线导航。首先利用混合更新策略,对船舶航线栅格上的信息素进行更新,然后在找到的船舶的所有可行航线中,搜索出最优航线,最后进行仿真测试。实验结果表明,相比较于对比算法,改进蚁群算法搜索到的航线更优,更为安全可靠,所耗费的时间少于对比算法,是一种效率高、可靠性好的船舶最优航线导航算法。     

电子海图中航线设计与监视的实时仿真方法

提出了基于国际标准格式(S-57)电子海图平台的航行安全实时仿真方法,主要研究了航线设计和航路监视方法.将指示克里格法应用于航线设计的研究,对海底地形曲面进行拟合并求取任意位置水深值,对离散的条件分布函数进行顺序矫正,保证了阈值区间的合理性.采用人机交互的方式根据船舶的航行信息和海图信息对计划航线进行修正,实现了计划航线可行性的自动判别,改进了航路监视的判定算法,并采用船舶形成碰撞紧迫局面时间(TCQA)和船舶形成碰撞紧迫局面距离模型来判断本船与目标船之间的紧迫局面及碰撞风险,从而有效地监控并提示避碰危险.经航海模拟器验证,该方法准确可靠.     

基于深度强化学习的船舶航线自动规划

为解决传统船舶航线规划算法缺少对经验航线的参考及不适用于真实航行需求的问题,提出一种基于深度Q网络(Deep Q Network,DQN)船舶航线自动规划算法,用以在电子海图中提供拟合航道,生成适宜真实航行情况的自动规划航线.这种算法采用当前神经网络和目标神经网络2个二层神经网络结构,达到打乱数据相关性的目的,将智能体...     

计划航线避离危险物的安全距离问题

在设定计划航线避离危险物的安全距离时通常考虑定位、海图测量精度、能见度情况、风流对航行的影响以及船舶操纵性能五个因素。在充分了解这些因素的前提下,通过分析船舶航行中的实际操作情形,利用大型船舶操纵模拟器平台,模拟操纵各情景下船舶通航过程中所占用的水域大小,并结合当前船舶实际海上航行情况,提出定量化的计划航线避离危险物安全距离。     

基于船舶行为特征的武汉大桥水域航线优化

为保障内河桥区水域船舶通航的安全性,提高通行效率,以长江武汉大桥水域为研究对象,基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)信息对该水域的船舶行为特征进行分析。利用基于欧式距离与最小方差法的聚类方法分析,认为过桥船舶可依据主机功率的不同进行划分。在长江船舶定线制的框架下,结合栅格法与蚁群算法建立武汉大桥水域的航道规划模型,对基于船舶行为特征的船舶航线进行优化。仿真结果表明:该方法在保证船舶安全、高效航行的前提下,能有效帮助海事管理部门对武汉大桥水域船舶航线进行优化。     

基于数据驱动的船舶航线实时优化

为了给不同海况下的船舶安全航行提供保障,设计基于数据驱动的船舶航线实时优化方法。利用数据驱动方法采集船舶历史航线、海域风速、风向、波高等海况数据,选取K-means聚类算法聚类海况数据,构建海况知识库。依据海况知识库内的船舶航线信息与航线转向点信息,划分船舶航线为不同航段。依据船舶航线的航段划分结果,以航行总时间最短以及总油耗最低为目标函数,设置船舶航速约束与转向点位置约束作为约束条件,构建航线实时优化模型。选取蚁群算法求解所构建的优化模型,输出航线实时优化结果。结果表明,该方法可以实时优化航线,降低船舶的航行时间与主机油耗,适用于不同海况的船舶航行。     

船舶航线生成研究

基于减轻船舶驾驶航线绘制劳动强度,克服绘制过程中人为主观因素影响的考虑,引进了蚁群计算法自动生成船舶航线研究问题。利用电子海图、阐述更好信息、搜寻策略、划分网络、选取航线、不航航和算法流程的具体做法。案例验证证明：船舶航线生成运用蚁群计算法具有准确和时效性。该研究实现了运用专家的搜寻策略思维下的船舶航行航线绘制的自动化,为制定船舶航线的高效、安全提供了理论依据。     

基于电子海图的船舶绕避台风系统设计与实现

发挥电子海图显示平台优势,引入基于台风预报误差遭遇概率算法,设计了基于电子海图的船舶绕避台风系统,将台风基本数据信息和船舶航行基本信息,如船舶位置、航线以及台风的位置、行进路线等直观地显示在电子海图上,并运用台风预报误差遭遇概率算法,可快速、准确地制定出船舶绕避台风方案。利用此系统可有效、直观显示船舶和台风的相对动态关系,从而制定船舶绕避台风的航速和航线规划,保证船舶在恶劣的台风天气中的航行安全。     

船舶避碰中灰色数据挖掘研究

随着海洋运输业的发展,航行在海上的船舶数量越来越多,船舶避碰系统成为保障船舶航行安全的必要设备之一。现有的船舶避碰算法有基于视频图像帧数据的、红外传感器设备采集数据的,也有利用知识发现及大数据挖掘技术对船舶航行轨迹及碰撞规律进行分析,对船舶航行进行辅助指导。本文研究船舶避碰中的灰色度数据挖掘技术,并根据实际的应用数据建立灰色度数学模型,最后对本文的船舶避碰算法进行仿真,与传统算法进行比较分析。     

多约束条件下最优航向控制中的蚁群算法研究

我国最优航向控制技术是智能航海技术中的关键技术之一,能够保证船舶按照最优航向航线到达目的地,提高航行的安全性和经济性。在最优航向控制技术中,引入蚁群算法可满足求解最优化路径的要求,进一步优化最优航向控制系统的性能。本文分析传统蚁群算法的基本原理和缺陷,提出改进后的栅格蚁群算法,以弥补传统算法的不足,并基于栅格蚁群算法构建起多约束条件下的最优航向控制模型,对模型进行实验仿真分析,仿真结果表明该模型可得出最优航向航线结果。