船舶航线规划数学建模及求解的人工智能算法

航线规划结果优劣直接影响船舶航行的安全以及成本,而当前船舶航线规划算法存在难以获得最优规划方案的缺陷。以获得理想的船舶航线规划方案为目标,提出一种人工智能算法的船舶航线规划方法。首先分析船舶航线规划研究的进展,设计船舶航线规划的约束条件,并建立船舶航线规划的数学模型,然后采用人工智能算法中的遗传算法模拟适者生存机制对船舶航线规划的数学模型进行求解,最后进行了船舶航线规划仿真实验。结果表明,人工智能算法能够在短时间内搜索到最优的船舶航线规划方案,相同条件下,相对于其他算法,不仅可以提高找到最优船舶航线规划方案的成功率,而且搜索到的船舶航线规划方案具有十分显著的优越性。     

船舶航线数据库关键数据提取数学建模分析

针对传统关键数据提取模型提取准确率和召回率双低的问题,建立了一个新的船舶航线数据库关键数据提取数学模型。该模型首先需要构建一个分类器,利用分类器将数据库中的数据进行分类;然后将四叉树、R-树相结合构建一个复合型OR-树结构关键数据索引;最后利用建立好的关键数据索引在分类好的数据中提取关键数据。结果表明:与利用主成分分析或粗糙集理论建立的提取模型相比,利用本次构建的模型进行关键数据提取,提取准确率提高3.3%和9.4%,召回率提高6.2%和7.9%。     

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。     

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。     

连续施工水域船舶航线规划

主要研究海上施工分布较为密集且各个施工点的影响范围较大,各个施工点的影响范围相互交织而形成的连续型施工水域。对施工作业的影响区域建立危险度模型,为连续施工水域中的船舶航线规划建立航线规划数学模型。建立以航线总长度最短和路径危险度值最小为目标的非线性多目标航线规划数学模型。由于在连续施工水域中,航线规划的数学模型是非线性多目标的数学模型,为更合理地评价各条航线,还建立航线评价模型。根据航线评价模型求得通过连续施工水域的最优航线。     

船舶航线规划中的精确控制算法研究

海洋开发及海上贸易不断深入,船舶作为海上最重要的交通工具朝着大型化、强动力及智能化方向发展。随之带来的是船舶航行速率的提高及船只密度的增加,船舶的安全航行越来越成为海洋开发关注的重点。船舶航行规划路径的精度控制直接关系到船舶的安全驾驶,操控过程中航迹误差控制是航行路径规划最重要的性能指标。本文研究船舶航行的操纵运行模型,提出一种基于遗传算法的航线精确控制非线性模型,最后对其进行仿真。     

船舶物流路径规划的数学模型构建及求解

船舶物流路径规划的研究具有十分重要的经济价值,当前船舶物流路径规划方法无法找到最优的船舶物流路径规划方案,使得船舶物流运输的成本过高,为此本文设计了基于蚁群算法和粒子群算法的船舶物流路径规划方法。首先分析船舶物流路径规划研究的历史,建立船舶物流路径规划的数学模型,然后采用粒子群算法对船舶物流路径规划的数学模型进行求解,找到有效的船舶物流路径规划方案集合,并在此基础上采用蚁群算法对船舶物流路径规划方案集合进行搜索,找到最优的船舶物流路径规划方案,最后与单一蚁群算法、粒子群算法进行了船舶物流路径规划问题求解的仿真实验。本文方法避免了单一蚁群算法、粒子群算法求解速度慢,难以找到最优船舶物流路径规划方案不足,得到的船舶物流路径规划方案可以帮助企业节约物流运输成本。     

基于Xdraw算法的SAR航线规划

利用机载SAR进行对地观察的飞行实验所需时间和处理周期偏长,成本也偏高,并且没有定量的地形遮挡分析。文章利用三维数字地球平台的地理信息,提出一种基于Xdraw算法的机载雷达可视域分析。只要给出地形的数字高程模型（DEM）数据,就可以得出可视域的分析结果,同时在不同SAR航线高度参数下对算法进行了验证和分析评价,得出该算法可以较好近似真实的可视信息,为SAR实验给出了定量的地形遮挡分析,为确定SAR航线规划提供了可靠的参考。     

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...     

人工智能算法的舰船路径规划

为了实现对舰船航行的智能调度,需要进行舰船路径规划设计,提出一种基于人工粒子群智能算法的舰船路径规划方法。构建舰船航行路径分布的网格结构模型,将舰船航行区域内的各个对象表达为人工粒子群个体,采用四元素的扩展卡尔曼滤波方法构造舰船航行路径规划的约束参量模型。构造舰船航行路径规划的控制目标函数,以舰船动态性能和稳态性能为优化目标,采用人工智能群算法进行航行路径的自适应寻优,实现舰船路径规划。结果表明,采用该方法进行舰船路径规划,能准确跟踪舰船航行的方位角和姿态角,实现路径实时跟踪,提高了舰船路径的准确规划能力。     

船舶物流最佳航线智能选择算法研究

传统船舶物流航线的选择算法能够完成单批次、点对点船舶物流航线的确定,但针对多批次、多目的地、不同海洋运输环境的物流运输,传统船舶物流航线选择算法无法计算。为此提出船舶物流最佳航线智能选择算法研究。依托antcb数学模型控制k取值范围,构建理想状态下船舶物流航线的统计算法;扩展外在因素影响算法,对对渠道最佳航线计算进行动态修订,构建船舶物流最佳航线选择原则,完成船舶物流多点式最佳航线智能选择计算。通过实验表明,设计船舶航线智能选择算法比传统航线算法平均航线适用率提升68.93%,适合不同环境、多变量情况下最佳航线智能选择。     

基于鱼群算法的船舶避浅航线设计

为解决船舶交通服务(Vessel Traffic Services,VTS)值班人员在指导船舶避浅过程中仅凭借经验的弊端,提出一种可行性算法,结合船舶在海上航行过程中的特点,生成可靠的船舶避浅航线。以实现最短航程为目的,建立以避开浅滩区域、控制转弯角度以及减少转向点数目为约束条件的航线设计模型。在模型建立过程中,利用栅格法对船舶航行环境进行栅格化处理,采用人工鱼群算法生成初始航线,结合船舶航行习惯对航线作进一步的优化和调整,从而实现船舶避浅。试验结果表明:与使用经验指导的船舶避浅航线相比,通过该算法生成的航线,符合船舶避浅航线的设计规则,所生成的航线具有经济、可靠的优点。     

支线集装箱船舶航线规划与配载协同优化

针对支线集装箱船舶运输中喂给港数和靠泊条件不一的实际背景,考虑船舶容量、行驶稳性和交付时间等约束,采用两阶段分层方法研究支线集装箱船舶航线规划和配载协同优化问题。两阶段中分别以所有船舶总运营成本最小和混装堆栈数最小为目标,构建船舶航线规划和配载优化的混合整数规划(MIP)模型,结合问题特征设计粒子群算法(PSO)求解模型。结果表明：模型与算法均可实现问题求解,对于较大规模的算例,模型最长求解时间超过600 s, PSO最长求解时间为16.66 s,平均10.00 s内完成求解,表现出较好的求解性能,可为支线集装箱船舶航线规划与配载协同优化提供决策参考。     

北斗卫星通信系统在船舶航线规划中的应用

传统船舶路线规划方法所使用的通信系统,在极端条件下无法进行数据传输,导致规划方法的鲁棒性较差。对此应用北斗卫星通信系统,设计新型船航线规划方法。利用北斗卫星通信系统的高适应性,对当前航向安全区域进行划分,并对其进行适当扩展,确保其区域内包含了潜在障碍物的边界,基于扩展后的安全区域,建立航障物的最小凸包围,作为航线规划的环境基础,最后应用Dijkstra算法,根据权重最小赋值,连接权重点,求取最优航线,实现航线规划。从实验结果可以看出,应用北斗卫星通信系统的船舶航线规划方法,在极端环境下,数据真实应用率提高了29%,数据包传输丢包率降低了33%,相比较传统规划方法,拥有更优秀的鲁棒性。     

基于ECDIS的航线自动规划算法设计

针对目前航海任务中主要依赖航海人员手动拟定计划航线的问题,提出基于ECDIS的航线自动规划算法,提取电子海图数据并划定碍航区,利用Delaunay三角网构建海洋环境模型,以改进的A星搜索算法自动规划出一条最优航线。对比商业ECDIS平台经验航线组合航路,实验结果表明,该算法自动规划的航线航程更短,航路点更少,在复杂的大面积海域中,可搜索到一条经济安全的航线。     

航线配船与船队规划模型及算法实现

为提高船舶资源优化配置研究的实用性,建立了以船队总营运利润最大为目标函数的航线配船与船队规划数学模型.该模型将船队短期调配使用与长期发展规划结合起来统筹分析研究,利用线性规划的单纯形算法进行求解分析,并通过应用实例对模型和求解的有效性进行了验证.基于计算机语言混合编程的方法,设计并开发了航线配船与船队规划决策系统.运行结果表明,该系统稳定可靠,辅助决策效果良好.     

船舶操舵仪仿真系统数学建模

考虑到船舶操舵仪是船舶操纵人员培训的重要工具,准确的数学模型是实现设计目标的关键,建立三自由度船舶运动模型和液压舵机模型,并进行仿真计算,验证模型的准确性,说明该模型可以提高培训效果.     

船舶腐蚀电场数学建模分析

根据船舶腐蚀相关静电场的产生机理及稳流电场理论,建立以控制方程为拉普拉斯方程,以极化曲线作为边界条件的船舶电位数学模型。在此基础上,将船舶腐蚀电解偶的钢铁和铜制螺旋桨两极简化为平板模型,利用有限元法,建立了仿真分析模型,并进行了仿真计算,获得了简化模型的电场和电流密度分布。