基于改进DDPG算法的无人船自主避碰决策方法

1

作者 关巍 郝淑慧 +1 位作者 崔哲闻 王淼淼 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期172-180,共9页

[目的]针对传统深度确定性策略梯度(DDPG)算法数据利用率低、收敛性差的特点,改进并提出一种新的无人船自主避碰决策方法。[方法]利用优先经验回放(PER)自适应调节经验优先级,降低样本的相关性,并利用长短期记忆(LSTM)网络提高算法的收... [目的]针对传统深度确定性策略梯度(DDPG)算法数据利用率低、收敛性差的特点,改进并提出一种新的无人船自主避碰决策方法。[方法]利用优先经验回放(PER)自适应调节经验优先级,降低样本的相关性,并利用长短期记忆(LSTM)网络提高算法的收敛性。基于船舶领域和《国际海上避碰规则》(COLREGs),设置会遇情况判定模型和一组新定义的奖励函数,并考虑了紧迫危险以应对他船不遵守规则的情况。为验证所提方法的有效性,在两船和多船会遇局面下进行仿真实验。[结果]结果表明,改进的DDPG算法相比于传统DDPG算法在收敛速度上提升约28.8%,[结论]训练好的自主避碰模型可以使无人船在遵守COLREGs的同时实现自主决策和导航,为实现更加安全、高效的海上交通智能化决策提供参考。 展开更多

关键词 无人船 深度确定性策略梯度算法 自主避碰决策 优先经验回放 国际海上避碰规则 避碰

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基于遗传模拟退火算法的多船避碰决策

2

作者 时光志 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第9期154-159,共6页

针对开阔水域的多船避碰问题,本文提出一种遗传模拟退火(Genetic Simulated Annealing Algorithm,GSA)算法。通过引入自适应遗传算子,实现交叉和变异算子的动态修正,避免算法过早收敛;将模拟退火算法嵌入遗传算法中,增强算法的局部搜索... 针对开阔水域的多船避碰问题,本文提出一种遗传模拟退火(Genetic Simulated Annealing Algorithm,GSA)算法。通过引入自适应遗传算子,实现交叉和变异算子的动态修正,避免算法过早收敛;将模拟退火算法嵌入遗传算法中,增强算法的局部搜索能力。将船舶会遇态势、船舶相对运动模型和船舶碰撞危险度作为基础,考虑船舶安全性、航行经济性和避碰规则构建目标函数。设计了三船和四船会遇实验,并将GSA与标准遗传算法进行对比,实验结果表明,相比于标准遗传算法,GSA算法在多船避碰中能够更快更好地找到避碰路径。 展开更多

关键词 多船避碰 自适应遗传算子 遗传模拟退火算法

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基于扩展式博弈的多船协商避碰研究

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作者 庞樨 杨神化 +2 位作者 陈国权 李定原 黄泽洋 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第1期76-82,共7页

随着航运业的飞速发展,海上交通日益繁忙,海上交通环境变得更为复杂,船舶碰撞事故的发生率也有所增加。因此,如何有效制定避碰策略,防止船舶碰撞事故的发生,充分保障船舶的航行安全,成为船舶自动避碰领域的研究重点。基于此,本文提出一... 随着航运业的飞速发展,海上交通日益繁忙,海上交通环境变得更为复杂,船舶碰撞事故的发生率也有所增加。因此,如何有效制定避碰策略,防止船舶碰撞事故的发生,充分保障船舶的航行安全,成为船舶自动避碰领域的研究重点。基于此,本文提出一种基于扩展式博弈的多船协商避碰算法,并构建一个综合考虑安全性、合规性和经济性3个因素的船舶避碰收益函数,以辅助船舶做出既安全又经济的避碰决策;同时,本文设计一种基于船舶安全会遇领域和速度障碍法(Velocity Obstacle,VO)的剪枝优化方法,旨在提高避碰算法的决策效率与实时性。为了验证所提算法的有效性,本文对典型的三船会遇场景进行仿真实验。仿真结果表明,本文所提算法能够有效应用于多船避碰问题。 展开更多

关键词 扩展式博弈 多船避碰 协商博弈 速度障碍法

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交叉相遇局面让路船自动避碰行动方案 被引量：14

4

作者 贺益雄 黄立文 +1 位作者 牟军敏 熊勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1024-1029,共6页

为研究交叉相遇局面让路船自动避碰方案,通过局面要素将局面分为4个阶段,基于避碰规则和海员通常做法研究各个阶段自动避碰行动。紧迫局面形成点和紧迫危险形成点的计算以MMG模型和圆形船舶领域模型为基础,依靠基于龙格库塔方法和二分... 为研究交叉相遇局面让路船自动避碰方案,通过局面要素将局面分为4个阶段,基于避碰规则和海员通常做法研究各个阶段自动避碰行动。紧迫局面形成点和紧迫危险形成点的计算以MMG模型和圆形船舶领域模型为基础,依靠基于龙格库塔方法和二分法的数学模型实现。改进的碰撞危险度模型以空间碰撞危险度和时间碰撞危险度基于海员通常做法合成。一种新的最有效避让方式比较模型用于产生碰撞危险产生以前和紧急情况下的自动避碰方案。以一艘交叉相遇局面让路船为对象进行仿真,验证采用的数学模型并生成应采取的自动避碰行动。结果表明:MMG模型精度满足要求;基于二分法的局面要素数值化计算模型能可靠、快速地收敛;可生成符合避碰规则和海员通常做法的自动避碰方案。 展开更多

关键词 让路船 船舶领域 水动力模型 交叉相遇局面 自动避碰 二分法 避碰规则

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船-桥避碰监测预警系统研究 被引量：12

5

作者 徐海祥 吴卫国 +2 位作者 余晋刚 田金文 郑元洲 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期151-156,共6页

为提高桥区船舶航行安全,提出一种基于智能视频处理技术的船-桥避碰监测预警系统。该系统实时采集桥区场景视频,利用视频处理技术自动检测运动船舶目标,基于视觉几何模型进行船舶空间定位,提取船舶运动态势参数,并结合船舶航行操纵知识... 为提高桥区船舶航行安全,提出一种基于智能视频处理技术的船-桥避碰监测预警系统。该系统实时采集桥区场景视频,利用视频处理技术自动检测运动船舶目标,基于视觉几何模型进行船舶空间定位,提取船舶运动态势参数,并结合船舶航行操纵知识和相关模型,进行船-桥碰撞风险预测,输出避碰操纵命令。大量仿真及现场试验结果表明,该系统能检测出航行异常船舶并输出避碰操纵命令,达到主动避碰的目的。 展开更多

关键词 航行安全 船-桥避碰 智能视频处理 运动目标检测与跟踪 计算机视觉

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基于拟态物理学优化算法的船舶转向避碰决策 被引量：11

6

作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 高孝日 李伟峰 《中国航海》 CSCD 北大核心 2016年第1期36-38,109,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 水路运输 拟态物理学优化算法 多船会遇 转向避碰决策

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基于社会情感优化算法的船舶转向避碰决策 被引量：7

7

作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 李伟峰 高孝日 《中国航海》 CSCD 北大核心 2018年第3期81-86,共6页

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,... 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。 展开更多

关键词 水路运输 社会情感优化算法 多船会遇 转向 避碰决策

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基于最优控制的海上多目标船避碰研究 被引量：7

8

作者 陈立家 黄立文 熊勇 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期15-21,共7页

为解决海上多目标船自动避碰问题,支持船舶智能避碰决策,根据最优控制通用方法,以船舶运动方程为系统状态方程,最终量化指标为目标函数,避碰过程中及其结束后对船舶运动状态的规定为约束,建立海上开阔水域多目标船避碰最优控制模型。采... 为解决海上多目标船自动避碰问题,支持船舶智能避碰决策,根据最优控制通用方法,以船舶运动方程为系统状态方程,最终量化指标为目标函数,避碰过程中及其结束后对船舶运动状态的规定为约束,建立海上开阔水域多目标船避碰最优控制模型。采用广义梯度方法求解该模型。设计并完成限定约束条件下的多船避碰仿真试验。仿真试验结果表明,在开阔静水面条件下,整个避碰过程都以允许的最短距离和船舶安全领域为船舶避碰约束,能够实现多船避碰。 展开更多

关键词 最优控制 多目标船 避碰控制 船舶运动方程 广义梯度 决策辅助

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智能船舶背景下《1972年国际海上避碰规则》的修正 被引量：10

9

作者 吕红光 裴天琪 +1 位作者 尹勇 白宇明 《上海海事大学学报》 北大核心 2020年第4期117-124,共8页

鉴于智能船舶的快速发展使得对《1972年国际海上避碰规则》的修正尤为迫切,根据智能船舶的含义和自主分级,从船舶避碰实践视角分析智能船舶与规则之间一些不可避免的冲突,如在智能船舶的适用性、任何能见度下和互见中的行动规则等方面... 鉴于智能船舶的快速发展使得对《1972年国际海上避碰规则》的修正尤为迫切,根据智能船舶的含义和自主分级,从船舶避碰实践视角分析智能船舶与规则之间一些不可避免的冲突,如在智能船舶的适用性、任何能见度下和互见中的行动规则等方面存在的冲突。提出在船舶不同自主级别下对公约修正的认识和建议,以期促进船舶航行安全,为国际海事组织及相关立法机构梳理和修正法规提供参考。 展开更多

关键词 智能船舶 海上水面自主船 国际海上避碰规则 公约修正

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一种新型船舶避碰决策支持系统的设计与实现 被引量：2

10

作者 郝清赋 陈英武 +2 位作者 汪浩 王敬全 吴唏 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2003年第15期222-225,共4页

该文介绍了一种新型的船舶避碰决策支持系统——基于Multi-Agent的协商避碰决策支持系统的设计与实现。该系统是一个开放的、智能化的系统,它基于系统论的思想,把协商决策引入船舶避碰,是一个包括避碰决策Agent、协商决策Agent、网络通... 该文介绍了一种新型的船舶避碰决策支持系统——基于Multi-Agent的协商避碰决策支持系统的设计与实现。该系统是一个开放的、智能化的系统,它基于系统论的思想,把协商决策引入船舶避碰,是一个包括避碰决策Agent、协商决策Agent、网络通信Agent和法律仲裁Agent等的Multi-Agent系统,该系统可以最大限度地减少避碰决策中的不确定性,具有良好的用户界面,能提供网络环境下智能化的决策支持,可以更好地解决船舶避碰问题。 展开更多

关键词 多船避碰 协商避碰 决策支持系统

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基于CSSOA的多船智能避碰决策研究 被引量：2

11

作者 徐言民 律建辉 +2 位作者 刘佳仑 李龙浩 关宏旭 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第6期88-96,共9页

[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... [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。 展开更多

关键词 多船智能避碰决策 碰撞危险度模型 改进麻雀算法 避碰目标函数

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基于拟态物理学优化算法的船舶变速避碰决策 被引量：2

12

作者 于家根 刘正江 +2 位作者 卜仁祥 高孝日 李伟峰 《中国航海》 CSCD 北大核心 2019年第3期40-43,66,共5页

为能在狭窄水域多船会遇情况下快速给出安全有效的避碰决策,提出一种基于拟态物理学优化算法(Artificial Physics Optimization, APO)的船舶变速避碰决策方法。该方法利用APO算法的快速寻优能力,根据《国际海上避碰规则》对变速行动幅... 为能在狭窄水域多船会遇情况下快速给出安全有效的避碰决策,提出一种基于拟态物理学优化算法(Artificial Physics Optimization, APO)的船舶变速避碰决策方法。该方法利用APO算法的快速寻优能力,根据《国际海上避碰规则》对变速行动幅度的要求,限定算法中可行解的空间,考虑变速冲程和冲时对会遇的影响,提高最近会遇距离值的计算精度,建立基于碰撞危险度和变速能量损失的目标函数,迭代进化获得全局范围内最优的速度值,即船舶的决策速度。狭窄水域多船会遇案例的仿真结果表明:决策速度下船舶能够安全有效地避让各目标船舶,该决策方法可行且有效,能够为船舶驾驶人员提供避碰决策支持。 展开更多

关键词 多船会遇 拟态物理学优化算法 变速 冲程 避碰

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基于层次分析法的多船避碰模型 被引量：6

13

作者 刘宇宏 刘勤贤 《中国航海》 CSCD 北大核心 2002年第2期45-48,52,共5页

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。

关键词 多船避碰模型 层次分析法 AHP 多船会遇 船舶 避让操纵 航行安全

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基于数据融合的单目标船避碰评估系统 被引量：4

14

作者 刘宇宏 胡甚平 《中国航海》 CSCD 北大核心 2005年第4期40-45,共6页

建立了一个用于对单目标船避碰操作进行评估的系统。介绍了基于数据融合技术的系统三级处理模型,并重点讨论了基于数据关联的船舶航迹提取,基于坐标转换和几何模型的船舶运动参数计算,基于多测量周期数据融合的船舶操纵识别,和基于知识... 建立了一个用于对单目标船避碰操作进行评估的系统。介绍了基于数据融合技术的系统三级处理模型,并重点讨论了基于数据关联的船舶航迹提取,基于坐标转换和几何模型的船舶运动参数计算,基于多测量周期数据融合的船舶操纵识别,和基于知识的碰撞危险、避碰阶段及会遇态势的判定等模块。同时给出了系统的工作流程图,最后通过实例说明系统运行的有效性。 展开更多

关键词 水路运输 单目标船避碰 评估系统 数据融合 数据关联 知识

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基于克隆选择优化的多船转向避碰决策 被引量：3

15

作者 胥文 胡江强 +1 位作者 尹建川 李可 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第1期52-56,共5页

基于船舶碰撞危险度计算模型,在多船会遇态势下,利用克隆选择优化算法,本文提出一种最优转向避碰幅度计算方法。确定了最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状... 基于船舶碰撞危险度计算模型,在多船会遇态势下,利用克隆选择优化算法,本文提出一种最优转向避碰幅度计算方法。确定了最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状况、能见度情况和船舶的操纵性能等对船舶碰撞危险度的隶属度函数修正。基于船舶碰撞危险度和航程损失的多目标函数优化,通过分克隆选择优化算法,在《国际海上避碰规则》约束的可行域空间内,获取全局范围内的最优解。仿真结果表明克隆选择优化算法对于处理多船会遇态势下的让路船转向避碰决策的有效性。 展开更多

关键词 克隆选择优化 多船会遇 转向避碰幅度 目标函数

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关于船舶自动避碰仿真方法的研究 被引量：1

16

作者 李丽娜 孙腾达 黄丽卿 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期975-976,共2页

简述船舶自动避碰的研究现状;根据国内在该领域的研究成果,提出基于“航行安全及自动避碰(NSACA)仿真测试平台”,实现船舶自动避碰的仿真方法。

关键词 船 舶 自动避碰 仿 真 测试平台

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分解协调法在船舶避碰决策中的研究 被引量：2

17

作者 邹晓华 吴洁 《中国航海》 CSCD 北大核心 2010年第1期46-49,55,共5页

针对多船会遇的避碰决策情况,采用大系统理论的目标分解协调法将本船与多船之间的转向避碰幅度问题分解成多个独立的优化子问题,通过协调器求出本船转向避碰幅度的最优解。仿真结果表明,该方法不仅可以求解出多船会遇情况下本船的相对... 针对多船会遇的避碰决策情况,采用大系统理论的目标分解协调法将本船与多船之间的转向避碰幅度问题分解成多个独立的优化子问题,通过协调器求出本船转向避碰幅度的最优解。仿真结果表明,该方法不仅可以求解出多船会遇情况下本船的相对最优转向角,也为多船避碰智能决策系统提供参考。 展开更多

关键词 水路运输 避碰 分解协调法 转向幅度 多船会遇

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船舶"环行道"避碰决策方法探讨 被引量：1

18

作者 姚杰 任玉清 《大连水产学院学报》 CSCD 北大核心 2003年第2期114-119,共6页

针对多船会遇避让决策困难的现状,参照水陆交通中环行道的思想,将航空管理领域避碰决策研究的成果引入船舶会遇避让决策之中,提出船舶领域的新概念和船舶避碰决策新的算法以及"环行道"航行方法。在会遇船舶数量多于两艘船舶时... 针对多船会遇避让决策困难的现状,参照水陆交通中环行道的思想,将航空管理领域避碰决策研究的成果引入船舶会遇避让决策之中,提出船舶领域的新概念和船舶避碰决策新的算法以及"环行道"航行方法。在会遇船舶数量多于两艘船舶时,在水域中形成一环行道,每一船舶均绕"环行道"航行,以保证与其他船舶保持足够的距离,到适当时候恢复原航向。 展开更多

关键词 船舶 环行道 避碰决策 航行方法 多船会遇

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Multi-agent在船舶避碰决策中的研究与应用 被引量：1

19

作者 王艳红 时秋勇 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第11X期79-81,共3页

船舶避碰决策问题由于受到诸多因素的影响,使得避碰决策模型必须能够适应复杂多变的环境。本文给出一种基于Multi-Agent的船舶避碰决策方法,对于复杂问题,Multi-Agent模型性能更优于单Agent模型。通过对多目标船舶避碰实验的仿真,能够... 船舶避碰决策问题由于受到诸多因素的影响,使得避碰决策模型必须能够适应复杂多变的环境。本文给出一种基于Multi-Agent的船舶避碰决策方法,对于复杂问题,Multi-Agent模型性能更优于单Agent模型。通过对多目标船舶避碰实验的仿真,能够得到与人工分析一致的结果表明,本文方法具有一定的合理性。 展开更多

关键词 船舶避碰 MULTI-AGENT 多船会遇

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多船避碰决策分析与探讨 被引量：1

20

作者 吴春杰 《船海工程》 2009年第1期74-77,共4页

分析多船避碰决策研究现状,总结所存在的主要问题,并据此提出解决多船避碰决策问题的设想,即基于目标船不确定行动分析的多船避碰决策方法。

关键词 水路运输 船舶 多船避碰 决策方法 不确定性

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