为解决大数据下船舶会遇识别算法效率不高且存在误判等问题,提出一种融合国际海上避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)的带噪声的基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of a...为解决大数据下船舶会遇识别算法效率不高且存在误判等问题,提出一种融合国际海上避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)的带噪声的基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法,建立船舶会遇识别模型。在DBSCAN算法对邻域内的船舶数量进行统计时,计算船舶间的最近会遇距离(distance to closest point of approach,DCPA)和最近会遇时间(time to closest point of approach,TCPA),初步筛选邻域内的噪声点;基于模糊综合评价模型计算船舶会遇风险,对邻域内的船舶进行二次筛选,实现船舶会遇态势的提取。结果表明:改进后的DBSCAN算法过滤掉传统DBSCAN算法识别到的非会遇局面,并且在同一会遇局面下的船舶数量均保持在4艘以内;输出的会遇船舶风险演变趋势对实际水域内高风险船舶的监控适用性较好,能有效辅助船舶避碰。所提识别模型对保障航行安全和提高海事监管效率具有重要意义。展开更多
文摘为解决大数据下船舶会遇识别算法效率不高且存在误判等问题,提出一种融合国际海上避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)的带噪声的基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法,建立船舶会遇识别模型。在DBSCAN算法对邻域内的船舶数量进行统计时,计算船舶间的最近会遇距离(distance to closest point of approach,DCPA)和最近会遇时间(time to closest point of approach,TCPA),初步筛选邻域内的噪声点;基于模糊综合评价模型计算船舶会遇风险,对邻域内的船舶进行二次筛选,实现船舶会遇态势的提取。结果表明:改进后的DBSCAN算法过滤掉传统DBSCAN算法识别到的非会遇局面,并且在同一会遇局面下的船舶数量均保持在4艘以内;输出的会遇船舶风险演变趋势对实际水域内高风险船舶的监控适用性较好,能有效辅助船舶避碰。所提识别模型对保障航行安全和提高海事监管效率具有重要意义。
文摘针对海上船舶自主避碰决策中深度Q网络(deep Q-network,DQN)算法的高估和收敛性差的问题,提出一种融合噪声网络的裁剪双DQN(double DQN,DDQN)算法,记为NoisyNet-CDDQN算法。该算法采用裁剪双Q值的方式减小DQN算法的高估问题,并通过引入噪声网络来增强算法的稳定性以解决DQN算法收敛性差的问题。充分考虑船舶运动数学模型和船舶领域模型,并在奖励函数设计中考虑到偏航、《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)等要素。多会遇场景仿真实验证明,本文所提出的NoisyNet-CDDQN算法相较于融合噪声网络的DQN算法在收敛速度上提升了27.27%,相较于DDQN算法提升了54.55%,相较于DQN算法提升了87.27%,并且船舶自主避碰决策行为符合COLREGs,可为船舶的自主避碰提供参考。
文摘针对传统速度障碍(velocity obstacles,VO)法进行局部路径规划时避碰路径长、避碰时间长以及忽略紧迫局面会遇中避让责任的约束等问题,提出一种适用于水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)的改进VO法。将四元船舶领域和碰撞威胁距离引入VO避碰时机的计算中,确定了避碰阈值;将最晚施舵距离作为碰撞危险局面过渡到紧迫局面的临界值,构建了紧迫局面模型;设计了USV避碰模型,并通过国际海上避碰规则(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,GOLREGs)进行约束。比较分析了对遇、右交叉、左交叉和追越4种会遇的避碰仿真。仿真结果表明:改进的VO法平均路径缩短39.88%、平均时间减少44.26%,改进后的局部规划能够在保证安全避碰的条件下满足GOLREGs第8条和第13~17条的避让要求。
