PIDVCA算法优化及其决策效果可视化研究

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随全球航运业的蓬勃发展,开阔水域的船舶密度日益增大,海上碰撞事故频繁发生,究其过程是人为疏忽的原因造成的。基于船舶拟人智能避碰决策(PIDVCA)算法的开阔水域避碰辅助决策系统研究已有一些成果,但开阔繁忙水域多船会遇PIDVCA算法以及避碰辅助决策功能界面设计存在不足。因此,本文依托国家自然基金项目《复杂水域船舶拟人智能避碰避险决策关键技术研究》和工业和信息化部项目《船舶航行态势智能感知系统研制》,重点研究开阔繁忙水域多船紧迫危险决策方法和两船协调避让的可视化解释,进一步完善PIDVCA算法,优化系统界面设计,为驾驶员提供安全、经济的避碰辅助决策方案,主要完成工作如下:(1)简要介绍PIDVCA算法的原理及船舶碰撞危险评价体系,阐述了基于船舶碰撞危险评价体系的改向失效下多船紧迫危险含义;分析了PIDVCA算法的组成、特点及其局限性,提出了解决多船紧迫危险避碰决策的思路、方法和内容。(2)构建多船典型会遇场景紧迫危险决策库。分析船舶碰撞危险体系下多船(两目标船)紧迫危险采取变速或改向变速决策成功避让的可行性;利用空间目标方位及其交汇特征组合确定典型多船会遇场景,借助几何分析与手动模拟实验相结合的方法构建开阔繁忙水域多船典型会遇场景紧迫危险决策库;通过模拟操船实验构建变速及改向变速操纵参数估算模型,以实现仿真实验过程能正确估算避让决策执行点到避让结束点的操纵延时。(3)多船紧迫危险避碰算法设计及验证。基于多船典型会遇场景紧迫危险决策库,设计多船紧迫危险避碰算法模块并集成到PIDVCA算法库,嵌入到我校自主研发的船舶智能操控仿真平台。设计典型测试案例对算法仿真测试,实验结果证明设计的多船紧迫危险算法模块具备处理紧迫局面改向失效下的决策问题,并初步验证了算法的有效性。(4)介绍船舶避碰辅助决策系统的碰撞危险预警及辅助决策功能,分析雷达避碰辅助决策功能界面显示及决策可视化需求,以此设计调查问卷。根据调查问卷分析结果,设计避碰辅助功能界面及其决策可视化界面,重点研究实现了两船协调避让决策建议可视化并设计了决策依据的解析模式。通过设置仿真案例,利用航海模拟器展示模拟训练效果,探讨了两船协调避碰辅助决策可视化及其解析在模拟器培训教学改革的应用。
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