船舶扩展式博弈避碰决策系统建立与仿真研究

摘要

近些年航运业发展很快，使得海上交通量不断增大，再加上船舶逐渐趋向大型化、高速化发展，直接或间接地提高了船舶碰撞的频率并增加了由碰撞所带来的经济损失。为了提高船舶安全性，就需要加强对船舶自动避碰的研究，促进船舶往自动化、智能化发展，从而减少船舶碰撞事故的发生，减少生命财产的损失。
　　船舶在避碰的过程中不仅要考虑安全性，还要考虑经济性，所谓经济性就是尽量减少船舶采取避碰行动所付出的代价。本文考虑用扩展式博弈这一数学方法决策出船舶避碰过程中应该采取的最优行动方案，将船舶避碰决策问题转化为船舶在有限通信辅助下与其他船舶进行博弈的过程，本文将这种博弈定性为完美信息动态博弈，并且是离散的、带有合作性质的博弈。
　　本文在深入研究船舶避碰机理的基础上考虑采用基于模糊综合评判的方法计算船舶碰撞危险度，将所计算出的当前局势下的船舶碰撞危险度作为船舶动态博弈避碰采取行动的依据。通过建立船舶动态避碰博弈模型，将船舶的自动避碰问题放在博弈论的框架下进行讨论，并设计船舶避碰博弈扩展树与算法，来求解船舶避碰行动组合序列。
　　为验证船舶动态避碰博弈模型的有效性，本文利用VC和LibUIDK等软件来实现船舶扩展式博弈避碰决策系统。针对两船的三种典型会遇态势分别进行了仿真，并且针对每种会遇态势都做了有、无《规则》约束的对比，仿真效果良好，验证了船舶动态避碰博弈模型的有效性，能够让两船能够动态协调避碰，并且在保证安全的前提下实现博弈收益最大化。
　　本文所研究的水域是开阔水域，适用于船舶过程中的碰撞危险形成阶段。所设计的程序具备友好性和可扩展性，并且在仿真上得到比较不错的效果，本文所做的工作将为后续研究多船动态博弈避碰的研究打下了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 自动避碰的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 理论意义与应用价值

1．4 本文的结构

第2章 船舶避碰机理

2．1 船舶避碰阶段划分

2．2 船舶避碰过程

2．3 安全会遇距离的计算

2．4 DCPA和TCPA的计算

2．5 会遇态势的划分

2．5．1 追越

2．5．2 对遇

2．5．3 交叉会遇

2．6 碰撞危险度的计算

2．7 复航

2．8 本章小结

第3章 扩展式博弈

3．1 博弈论概述

3．1．1 博弈论

3．1．2 博弈论的形成与发展

3．2 博弈的分类

3．2．1 完全信息博弈和不完全信息博弈

3．2．2 静态博弈和动态博弈

3．2．3 合作博弈和非合作博弈

3．3 扩展式博弈

3．4 博弈树与子博弈

3．5 纳什均衡与子博弈精炼纳什均衡

3．5．1 纳什均衡

3．5．2 子博弈精炼纳什均衡

3．6 船舶的避碰博弈性质

3．7 本章小结

第4章 扩展式博弈在船舶避碰上的应用与算法研究

4．1 船舶动态避碰博弈模型

4．2 最优行动选择

4．3 船舶动态博弈

4．4 船舶避碰博弈树

4．5 船舶避碰博弈树的扩展及求解

4．6 本章小结

第5章 系统实现与仿真

5．1 系统开发环境及工具介绍

5．2 GDI+

5．3 系统建立

5．4 界面设计

5．5 仿真

5．5．1 对遇局面仿真

5．5．2 交叉会遇仿真

5．5．3 追越局面仿真

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 进一步的工作

参考文献

致谢

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