波浪作用下小尺度多船并排锚泊横摇运动试验研究

采用物理模型试验方法研究双船、三船和四船并排锚泊时各船的运动量,并与单船艏艉锚泊情况进行了对比,重点分析了横浪作用下各船的横摇运动规律,探究了波浪周期和并排锚泊船数对多船并排锚泊时横摇运动的影响。结果表明,多船并排锚泊时,横摇运动响应随着波浪周期的增大而逐渐减小。双船并排锚泊时,横摇运动响应同单船相比减少了40%~50%;三船和四船并排锚泊时,横摇运动响应同单船相比减少50%~60%,四船并排锚泊时横摇运动响应减小的幅度与三船并排时相比差别不大。

多船分布式海洋综合导航系统数据库设计与实现

本文分析了以往的国内外海底地震勘探综合导航系统所采用的数据管理系统在后续开发和产品应用推广过程中存在软件授权成本比较高、平台开放性差等缺陷。从系统架构、安全性、数据存储过程及事务支持、数据访问稳定性及性能、SQL合规性、ACID合规性、数据同步方式、支持的数据类型等八个方面进行分析选型,提出了多船分布式海洋综合导航系统数据库的新设计方案,形成了一套基于PostgreSQL的综合导航系统数据库。经验证测试表明:数据库的访问能力能够应对分布式、多船海洋地震勘探施工组织、以满足复杂且具有挑战性的多船施工项目的需求。

动态约束下船舶固定时间非奇异滑模包容控制

为了解决动态约束下的无人船鲁棒包容控制问题,以固定时间稳定性理论为基础,结合预设性能函数和滑模控制技术,提出一种固定时间非奇异滑模鲁棒包容控制律。首先,设计固定时间扩张观测器,对速度不可测以及集总不变项进行估计。然后,通过设计性能函数实现对包容跟踪偏差的约束,结合转换函数转换成无约束问题对包容控制偏差进行约束控制。进一步,构造非奇异滑模面并设计固定时间趋近律,实现跟随船在固定时间内收敛至虚拟领导船张成的凸包内。最后,利用固定时间稳定性理论证明系统误差在固定时间内收敛于平衡点。仿真结果说明,所提控制律可以使多无人船在固定时间内形成高精度且稳定的编队形式并且在设置的预设性能下实现包容控制偏差的收敛。

基于CSSOA的多船智能避碰决策研究

[目的]智能避碰决策作为船舶安全航行的关键技术之一,对智能船舶的发展具有重要意义。针对多船会遇下的智能避碰决策问题,提出一种基于高斯变异和Tent混沌的改进麻雀搜索优化算法(CSSOA)。[方法]算法采用Tent混沌映射初始化麻雀原始种群,提高其多样性,并对适应能力差和搜索停滞的麻雀个体进行混沌映射,利用高斯变异提升局部搜索能力和鲁棒性,改进方案优化启发式算法收敛速度慢和易陷入局部最优的问题。综合考虑船舶间船速比、最小会遇距离、相对距离、最小会遇时间、相对方位等因素,利用模糊隶属度函数建立船舶碰撞风险模型,并通过多船典型会遇场景进行实例验证。[结果]实验结果显示,改进算法的平均迭代次数较粒子群算法和原麻雀算法分别减少了77.97%和53.57%。[结论]改进后的麻雀优化算法能以更优的收敛速度寻到安全经济的避碰路径,为船舶驾驶员提供避碰决策参考。

测量船工况技术船位研究与优化

测量船工况规划是执行海上测控任务的基础。在测量船工况船位、船向和船速的规划中,船位的规划尤为重要。介绍了测量船测量工况的总体业务流程,提出了各种情况下船位的计算方法,包括针对高轨和低轨空间目标提出不同的船位规划方法,满足在测量过程中避开岛礁陆地等不可部署区域,以比较有利的位置和测量仰角获取空间目标跟踪弧段。同时研究了多船多目标场景的测量船工况船位规划,提出了两种设计思路,为测量船工况规划复杂场景提供了解决问题的思路与方法。

基于齐次系统理论的多船有限时间饱和包容控制

针对多领导者船舶编队控制问题,本文基于齐次系统有限时间稳定性理论,利用特定饱和约束函数,提出一种数学形式简化的有限时间饱和包容控制策略,实现船舶在有限时间内收敛于由虚拟领航船张成的凸包内,并保持其姿态镇定。将船舶模型化为积分形式,利用自身状态信息以及其他船舶的状态信息,提出一种饱和包容控制律;考虑闭环系统的非齐次性,综合图论知识、Lyapunov稳定性理论以及齐次系统稳定性理论等方面内容,从理论上证明编队系统中所有状态变量能够在有限时间内收敛;仿真结果证明了所提控制策略的有效性。

改进双延迟深度确定性策略梯度的多船协调避碰决策

目前,多数海上避碰模型都是将船舶作为单智能体进行避碰决策,未考虑船舶间的协调避让,在多船会遇场景下仅靠单船进行避碰操作会导致避让效果不佳。为此,提出了一种改进双延迟深度确定性策略梯度算法(TD3)的Softmax深层双确定性策略梯度(SD3)多船协调避碰模型。从考虑船舶航行安全的时空因素出发构建时间碰撞模型、空间碰撞模型,对船舶碰撞风险进行定量分析,在此基础上采用根据会遇态势和船速矢量动态变化的船域模型对船舶碰撞风险进行定性分析。综合船舶目标导向、航向角改变、航向保持、碰撞风险和《国际海上避碰规则》(COLREGS)的约束设计奖励函数,结合COLREGS中的典型相遇情况构造对遇、追越和交叉相遇多局面共存的会遇场景进行避碰模拟仿真。消融实验显示softmax运算符提升了SD3算法的性能,使其在船舶协调避碰中拥有更好的决策效果,并与其他强化学习算法进行学习效率和学习效果的比较。实验结果表明,SD3算法在多局面共存的复杂场景下能高效做出准确的避碰决策,并且性能优于其他强化学习算法。

大风浪条件下考虑避碰脆弱性的多船避碰决策

为解决大风浪影响下船舶操纵能力降低、产生避碰脆弱性、碰撞事故发生概率增大的问题,考虑船舶长度,分析大风浪因素,获得船舶避碰脆弱性;选取船舶碰撞危险度指标进行模糊推理得到基本的碰撞危险度,提出考虑船舶综合碰撞危险度的多船避碰决策方法。利用多船会遇构建避碰决策模糊案例库,提供对应的避碰决策,并利用仿真试验验证避碰决策方法的有效性。结果表明:多船避碰决策方法可准确计算不同长度船舶的避碰脆弱性,提供周围船舶的综合碰撞危险度,进行有效的多船避碰决策。此方法可为大风浪条件下的船舶航行安全提供重要的理论依据和数据参考。

一种改进的多船转向避碰决策算法

针对开阔水域多船会遇场景下的船舶避碰决策问题,提出一种改进后的多目标麻雀搜索算法(ImprovedMulti-objectiveSparrowSearchAlgorithm,IMOSSA).为增强种群多样性,引入模拟退火算法中的退火策略更新麻雀种群位置;基于精英选择策略,对所有非支配解的拥挤度距离进行降序排列,剔除最小的解并重复直到保留前沿解个数,以提高算法的全局收敛性能,更快去除劣解.仿真结果表明,改进后的IMOSSA在ZDT1上的反世代距离和空间评价指标较MOSSA分别下降了94.5%和89.7%,在多船会遇局面中能够得到符合条件的最优避碰转向角,有助于提高船舶智能避碰决策水平。

多船并行航行轨迹精准控制算法研究

多船并行时,为精准控制船舶按照期望轨迹航行,研究多船并行航行轨迹精准控制算法。构建多船并行航行模型,分析多船并行航行位置与速度信息、动力控制量信息后,从首摇转矩与螺旋桨转速调节的角度,研究轨迹控制方法。将需控制轨迹的船舶当下位置与速度信息、期望位置与信息,作为基于位置与速度调节的多船并行航行轨迹控制算法的控制样本,计算当下位置与速度的误差值后,由模糊控制算法整定航行轨迹控制器3种控制参数,输出位置控制量、速度控制量,作为船舶首摇转矩、螺旋桨转速控制量,实现多船并行航行轨迹精准控制。实验结果表明:使用此算法,理想工况中多船并行航行位置与期望位置、航行速度与期望速度均一致;恶劣工况中多船并行航行轨迹的X轴位置误差、Y轴位置误差均小于0.2 m,轨迹控制结果精准。

大风浪条件下考虑避碰脆弱性的多船避碰决策研究

现阶段,船舶运行已经被广泛应用,如运输业、旅游业等,当前船舶行业也在不断地发展和进步。但是船舶在实际航行的过程中通常会受到极端天气的影响,特别是大风浪,会降低船舶性能,同时也会出现多船碰撞的情况,因此相关研究人员需要针对此情况进行研究分析,计算脆弱性,同时也需要考虑船舶的实际情况,进而制定多船避碰决策。多船碰撞决策,可以在很大程度上保证在大风浪的情况下,降低船舶航行的危险,同时也可以有效地避免出现多船碰撞的情况,提升航行的安全,降低发生安全事故的概率。

多船避碰智能决策的生成与优化方法

多船避碰是船舶避碰中最复杂的问题 ,也是船舶自动避碰方法研究中的难点之一 .本文首先简述船舶智能避碰的策略 ,再讨论多船会遇态势的划分原则及其分类 。

基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策

针对多船会遇态势下的船舶避碰决策难题,提出一种基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策方法。该算法将《国际海上避碰规则》相关条款作为约束条件限定问题的可行域空间,同时考虑基于最近会遇距离和航程损失的船舶避碰目标函数,通过迭代进化获取全局范围内的最优解。仿真结果表明:将拟态物理学优化算法应用于船舶转向避碰决策中是可行、有效的,能为船舶驾驶员提供决策支持。

基于社会情感优化算法的船舶转向避碰决策

针对多船会遇时转向避碰决策的难题,提出一种运用社会情感优化算法(Social Emotional Optimization Algorithm,SEOA)求取最佳转向避碰幅度的决策方法。基于国际海上避碰规则和良好船艺对转向行动的要求,分别对互见和不在互见两种情况,建立船舶转向避碰行动矩阵,根据目标船的相对方位和船舶类型确定转向避碰的行动向量,限定问题的求解空间。将船舶碰撞危险度和航程损失作为目标函数,在个体情绪值控制下迭代进化,求取全局范围内的最优转向避碰幅度。仿真结果表明,将社会情感优化算法用于船舶转向避碰决策是可行且有效的,能为船舶驾驶人员的决策提供支持。

模拟退火算法在船舶转向避碰幅度决策中的应用

在船舶避碰决策过程中,转向避碰是采用频率最高的一种避碰方法。为了求得本船与多船会遇情况下的最优转向避碰幅度,应用模拟退火算法将本船与多船间的转向避碰幅度问题视作一类多目标函数优化问题,从而在可行解空间中求出满足目标函数和约束条件的最优转向避碰幅度解。仿真结果表明,上述方法不仅有助于求出多船会遇情况下的本船最优转向角度值,而且也有助于多船避碰决策系统的智能化设计与开发。

多船紧迫危险局面的智能避碰决策与仿真

基于"船舶拟人智能避碰决策"理论基础,采用船舶相对运动几何分析与仿真试验相结合的方法,着重研究多艘船舶陷入紧迫危险局面下,避让重点船的智能避碰决策及其实施方案的校验与优化算法;借助航行安全与自动避碰(NSACA)仿真测试平台进行仿真实验,验证了理论分析结果的正确性.

基于速度矢量坐标系的多船自动避碰研究

在多船自动避碰问题的研究中,为提高多目标船等复杂动态环境下船舶避碰的自动化、智能化水平,并考虑船舶的操纵特性,将速度障碍方法应用于船舶避碰领域,深入分析多目标船下船舶避碰的约束条件及操纵要求,构建以速度障碍为核心的基于速度矢量坐标系的多目标船情形下的船舶自动避碰数学模型,并提出转向避碰的操纵方案。模型及算法仿真结果表明,文中所建立的多目标船自动避碰问题模型及提出的转向避碰操纵方案是可行的。研究结果表明,文中所提出的基于速度矢量坐标系的多目标船自动避碰方法是有效的,能够为多船自动避碰系统的研究提供支持。

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。

基于层次分析法的多船避碰模型

根据多船会遇避碰决策的特点 ,提出了基于层次分析方法的多船避碰模型。仿真试验表明 :该模型能够在一定程度上较好地模拟人类的思维过程 ,并有效地解决了多种避让方案的优选问题。

多船会遇碰撞危险的灰色动态评价模型

针对多船会遇局面的特点 ,建立了多船会遇局面多指标动态评价模型 ,实例表明 ,本模型能够较好地反映实际情况 ,效果较好。