基于克隆选择优化的多船避碰决策研究

摘要

多船避碰决策是通过对两船避碰决策进行分析和改进，而逐步发展起来的一门新的技术。智能优化算法的发展，为多船会遇态势下的船舶避碰决策提供了新的思路。本文将改进的克隆选择算法应用到多船避碰决策寻优，提高了决策行动在多船避碰中的效果。
　　在船舶安全会遇距离和船舶碰撞几何原理的基础上，利用模糊数学的方法，本文提出了一种船舶复合碰撞危险度的计算方法。并对3种不同的碰撞危险度计算方法的结果进行分析比较，结果表明了该方法相比于一般碰撞危险度量化计算的方法更合理。
　　本文将模拟退火算法中的退火策略引入到克隆选择算法中，设计了基于模拟退火的克隆选择算法。综合考虑了克隆选择算法和模拟退火算法的特点，使2种算法在优化行为、结构和机制上能够相互补充。算例验证了混合算法的可行性，并通过与基本克隆选择算法比较，说明了设计算法的有效性。
　　在多船避碰决策研究中，将避碰行动的相关变量构成改进算法的抗体串，综合考虑影响船舶避碰行动决策的多种因素，建立了相应合理的多目标函数。并考虑到各种因素之间的差异，对目标函数进行线性权重分配，使避碰函数模型更加符合航海实际和简单化。通过亲和度函数来进行综合评价，利用改进的克隆选择算法进行迭代优化，寻找问题的最优解。最后，利用优化结果来实现多船避碰决策仿真，并对避让行动的有效性进行核查。结果表明:该算法能满足实时决策等要求并为船舶驾驶员提供避碰决策支持。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 克隆选择算法的理论和应用研究发展

1．2．2 多船避碰决策的研究历史和现状

1．3 本文主要工作

第2章 船舶碰撞危险度的确定

2．1 船舶碰撞危险领域理论基础

2．1．1 安全会遇距离的确定

2．1．2 船舶运动参数计算

2．2 船舶碰撞危险度计算模型

2．2．1 基于DCPA和TCPA的碰撞危险度计算

2．2．2 基于多因素的碰撞危险度计算

2．2．3 船舶复合碰撞危险度的计算

2．4 碰撞危险度模型验证与讨论

2．4．1 模型应用实例

2．4．2 仿真结果和分析

2．5 本章小结

第3章 基于模拟退火的克隆选择算法

3．1 克隆选择算法

3．1．1 克隆选择算子

3．1．2 克隆选择算法流程

3．2 模拟退火算法

3．2．1 模拟退火算法理论分析

3．2．2 Metropolis准则

3．3 基于模拟退火的克隆选择算法设计

3．3．1 算法改进的策略

3．3．2 算法计算步骤

3．3．3 算法的性能测试

3．4 本章小结

第4章 克隆选择优化的多船避碰行动决策

4．1 多船避碰决策问题的提出

4．2 避碰行动的生成

4．3 优化准则与亲和度函数构造

4．3．1 转向避让的目标函数模型

4．3．2 变速避让的目标函数模型

4．3．3 转向和变速避让的目标函数模型

4．4 多船避碰决策过程

4．5 多船避碰决策仿真应用

4．5．1 仿真实例

4．5．2 结果分析

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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