基于Petri网的船舶应急指挥控制系统设计

摘要

船舶应急事故指挥、决策和调度问题是目前海事研究的一个热点。从控制角度看，该问题属于系统科学的范畴。本论文将相互影响、相互作用的船舶设备、人、事件当作一个有机交互的系统，以Petri网为工具，对其进行模型研究和设计，以期有效地提高海上应急事故的处理能力，减少人为决策失误引起的海上事故。
　　 本文首先介绍了Petri网的理论基础和船舶应急指挥控制系统(ECSS)的概念，在此基础上采用Petri网子类——广义随机Petri网(GSPN)对系统建模并进行开环系统的性能分析。为解决初始模型存在的死锁和资源竞争等问题，通过引入有限容量库所和抑制弧等结构对模型进行改进并得到了闭环系统。基于PIPE的仿真结果表明，模型能较好地描述真实物理系统，可为海事部门的应急指挥决策提供参考。
　　 然后，本文基于ECSS模型分析的结论，从失误链的角度深入剖析了人为决策失误的原因。针对人为决策失误问题，首次将“综合权重”和“正交投影法”结合起来用以改进TOPSIS(Technique for Order Performance by Similarity to IdealSolution)算法并成功将其应用到船舶应急决策模型。通过一个船舶碰撞应急实例的仿真证明:该决策方法不仅能够预防人为决策失误，而且提高了计算机辅助决策的实时性，具有较好的评价和决策效果，实现了ECSS系统设计的最初目标。
　　 最后，在总结全文的基础上，对船舶应急控制未来的研究进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 船舶应急指挥控制系统的研究内容和研究方法

1．3 国内外研究现状

1．3．1 船舶应急指挥控制系统的研究现状

1．3．2 人的可靠性的研究现状

1．4 本文研究内容及创新点

1．4．1 本文研究内容

1．4．2 本文结构及创新点

1．5 小结

第2章 理论基础

2．1 船舶应急指挥控制问题简介

2．2 Petri网理论基础

2．2．1 广义随机Petri网理论

2．2．2 Petri网的基本特性介绍

2．2．3 GSPN分析方法

2．3 决策分析方法

2．3．1 决策问题概述

2．3．2 TOPSIS方法

2．3．3 层次分析法

2．4 小结

第3章 基于Petri网的船舶应急指挥控制系统模型设计

3．1 应急控制系统过程简述

3．2 模型建立

3．3 开环模型仿真与性能分析

3．3．1 模型仿真软件简介

3．3．2 开环模型仿真与性能分析

3．3．3 优化模型及性能指标分析

3．4 闭环模型仿真与性能分析

3．4．1 构造闭环结构

3．4．2 闭环系统性能分析

3．5 小结

第4章 基于抗人为失误链的改进TOPSIS法的应急决策研究

4．1 船舶应急指挥控制系统中的应急决策问题简述

4．1．1 船舶事故中的应急决策及失误链

4．1．2 海事系统中人的可靠性

4．2 船舶应急决策系统设计

4．2．1 决策系统结构设计

4．2．2 系统各组成说明

4．3 应急决策模型及算法实现

4．3．1 应急决策模型

4．3．2 改进TOPSIS决策算法的实现

4．4 实例及仿真分析

4．4．1 船舶碰撞案例

4．4．2 案例决策模型

4．4．3 仿真分析及结论

4．5 小结

第5章 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 挑战与展望

参考文献

作者简历及硕士期间科研成果