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《上海海事大学》 2008年
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基于Multi-agent的船舶避碰决策支持系统

杨神化  
【摘要】: 船舶自动避碰决策研究是国内外航海学术界关注的前沿课题之一。从上个世纪50年代以来,国内外许多学者从定量分析到定性分析再到定量与定性相结合,从专家系统到神经网络、遗传算法、模糊推理等多个方面对船舶自动避碰进行了深入的研究,建立了一些船舶避碰智能决策系统。但是,这些系统大多在求解避碰方案过程中缺乏信息交换,无法模拟船舶驾驶员的协商避碰能力,有时会给出相互冲突或不经济的整体避碰方案。因此,有必要开发一种分布式的自动避碰决策系统,使每艘船舶所做出的避让操作从整体上是协调的和较优的。 Multi-agent系统是对分布式人工智能的一个发展和应用,它是指一些自主的Agent通过协作共同完成某些任务的计算系统。船舶的避碰行为特性和组织特性与Multi-agent系统的特性是基本一致的。因此,本论文以船舶避碰决策问题为研究对象,在总结已有工作的特点及其存在问题的基础上,引入Multi-agent系统的技术和理论,在船舶的Agent描述、船舶Agent的信念更新模型、船舶Agent的承诺心理模型、船舶Agent的避碰决策算法和船舶自动避碰仿真平台构建等方面开展了具有创新性的工作,构建了一个基于Multi-agent理论模型的多船舶Agent避碰决策支持系统(Decision-makingSupport System for Multi-ship-agent Anti-Collision,简称DSMAC),从而以一种新的方式方法来对船舶避碰问题进行研究,形成了一个可以用于开展自动避碰研究的船舶Agent平台。主要研究内容和成果如下: (1)船舶的Agent描述与多船舶Agent系统构建。提出了基于Multi-agent技术和理论构建多船舶Agent避碰决策支持系统(DSMAC)的思路,对船舶进行了Agent描述,设计了船舶Agent的体系结构,提出了基于VC++类框架的混合型船舶Agent模型。依据船舶避碰协作信息处理的特征,提出了一个基于BDI结构、利用AIS消息实现协作信息处理的通信模型,实现了船舶Agent间的信息交互,可以模拟船舶驾驶人员的协商避碰能力,解决了“船舶间相互了解操船意图”的难题,在此基础上建立了DSMAC系统的工作机制。 (2)船舶Agent的避碰信息获取方法研究。船舶Agent的信念包括了本船信息、目标船信息和环境信息。在总结前人研究成果基础上,提出了动态目标避碰参数的推算模型、会遇形势的决策模型,使船舶Agent具备了推算和判断本船与目标船的相互作用信息的能力。电子海图显示与信息系统(ECDIS)可以为DSMAC系统提供有效、可靠的静态信息源,提出了采用“动态网格”方法对S-57标准的电子海图数据进行再组织,形成合理、有序的数据。当DSMAC系统运行时,船舶Agent可以动态加载和检索网格化后的部分数据文件,而不用遍历整幅海图的数据文件,大大提高了检索速度。 (3)船舶Agent的碰撞危险评价模型研究。碰撞危险评价模型是船舶Agent的承诺心理之一,在动态目标的碰撞危险评价模型建模中,提出了分级建模的思路,对单目标船采用类模糊定性判断,对多目标船采用先定性后定量判断的方法确定重点避让船舶,并基于船舶的不同会遇态势,提出了一种比较实用、简单的最小安全会遇距离(MSDA)量化模型。在静态目标的碰撞危险评价模型建模中,提出了由矩形搜索区域与危险水深判定阈值构成的三维长方体船舶领域模型,并对该模型进行了详细建模。 (4)船舶Agent的避碰决策算法研究。从避让动态船舶、避浅避礁和综合避碰三个方面,分别对船舶Agent的避碰决策算法展开了深入研究。以两船的相对距离值来表征船舶Agent实施避碰措施的时机,提出了船舶Agent会遇单目标船的决策生成算法,其中在对遇局面下是基于协商算法生成了避碰方案。在会遇多目标船情况下,利用Multi-agent的协商和协作性能,提出了由初始方案层、寻优层、协商层组成的分层避碰决策生成与优化算法。当船舶Agent周围的三维长方体水域内存在对本船航行构成危险的水上或水下碍航物时,提出了避浅避礁决策算法。既存在水上或水下静态碍航物,又存在动态危险目标的情况,是船舶自动避碰中最为复杂的局面,对存在一艘水上动态目标船的情况作了初步研究,提出了先遭遇到危险目标船和先遭遇到水上或水下静态碍航物两种情况下相应的分层综合避碰决策生成算法,该算法也是由初始方案层、寻优层、协商层组成。 (5)自动避碰仿真平台的构建和实现。应用Multi-agent技术和理论以及多本船航海模拟器技术,采用Microsoft Visual C++开发平台,构建和开发了船舶自动避碰仿真平台(Vessel Automatic Collision Avoidance Simulation Platform,简称VACASP),提出了基于TCP/IP协议的完成端口和基于UDP的广播端口相结合的通信网络架构,并在应用层提出了一种基于UDP广播和TCP/IP的仿真专用协议及相应的通信机制。VACASP平台为用户提供了自行设计和开发自动避碰决策算法的接口,用户可以根据自己的研究成果,采用面向对象技术,在Visual C++平台上实现相应的决策算法,然后将其编译为动态链接库,集成到VACASP平台中,就可以借助VACASP平台的功能实现避碰决策算法的仿真验证。最后,本文基于VACASP平台对DSMAC系统的所有推理模型和决策算法进行了大量的仿真验证。 船舶自动避碰决策支持系统的研究及应用,将在船舶避碰决策和操作上逐步减少驾驶员的参与,进而从根本上解决人为因素问题对船舶航行安全的困扰,势必对保障船舶航行安全、避免发生碰撞、搁浅和触礁事故、减少生命和财产损失、保护海洋环境都具有重要的意义,是一项很有价值的应用基础研究课题。
【学位授予单位】:上海海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U675.96

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 李万垒;开阔水域单船避碰智能决策研究[D];大连海事大学;2013年
3 杨君兰;基于复杂度建模的船舶碰撞预警研究[D];武汉理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 章曙光;耿焕同;;一种改进的基于聚类的范例添加删除维护模型[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄孝鹏;龚亲华;李振宇;许甜甜;;中国古代决策思想与现代决策科学的融合与发展[A];安徽省管子研究会2011年年会暨全国第六届管子学术研讨会交流论文集[C];2011年
2 章曙光;;基于CBR的电力负荷预测系统的研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 徐福利;王渭玲;;低分子活性有机酸对辣椒产量、品质及养分吸收的影响[A];2012新型肥料创制关键技术与新工艺、新设备交流研讨会论文集[C];2012年
4 查星云;;一种钢铁企业金属损耗平衡分析方法[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
5 刘怡君;唐锡晋;顾基发;;专家会商的方法支持与工具应用[A];经济全球化与系统工程——中国系统工程学会第16届学术年会论文集[C];2010年
6 吴剑国;李玉芬;;限制水域船舶气囊下水的动力学分析[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
7 杨航;;自组织理论视角下的城市规划[A];转型与重构——2011中国城市规划年会论文集[C];2011年
8 王赞;;浅谈ECDIS在搜救系统中的应用[A];2011年苏浙闽沪航海学会学术研讨会论文集[C];2011年
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10 孙显元;;科学发展观的几点思考[A];安徽省社会科学界第三届学术年会哲学学会专场——“科学发展观与安徽崛起”论坛论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王杰;基于人工智能的乒乓球比赛技战术诊断与评估研究[D];上海体育学院;2010年
2 叶海智;面向分布式关键任务系统的自律恢复机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 曹静;区域产学研结合技术创新体系研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 陈飞;基于Agent船载危险品应急管理资源协同分配机制研究[D];大连海事大学;2010年
7 牟向伟;模糊语义个性化推荐系统在电子政务中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
8 吴启涛;城市抗震防灾规划空间决策支持系统研究[D];中国海洋大学;2010年
9 刘文全;基于GIS的海上石油平台溢油应急决策支持系统结构与应用研究[D];中国海洋大学;2010年
10 全惠敏;电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究[D];湖南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔普伟;基于单元流域的黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域次暴雨产沙经验模型研究[D];华中农业大学;2010年
2 王威;鄂西南古集镇空间变迁研究[D];华中农业大学;2010年
3 胡漪;社会理性决策视角下的农地城市流转效益测度[D];华中农业大学;2010年
4 刘炎培;基于扩展OOPN业务流程建模及异常处理模型研究[D];南昌航空大学;2010年
5 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
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8 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
9 乔宇;基于社会资本视角的都市社区治理研究[D];广西师范学院;2010年
10 黄志钦;珠三角产业集群发展及其对广西的借鉴[D];广西师范学院;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李丽娜,任勤生,邵哲平;AIS在船舶自动避碰系统中的应用[J];船舶工程;2002年03期
2 朱志宇,刘维亭;基于地理信息系统的船舶避碰系统研究[J];船舶工程;2004年01期
3 刘少辉;林少芬;江小霞;陈清林;;基于模糊故障树分析法的舵机液压系统可靠性研究[J];船舶工程;2008年05期
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8 赵劲松,王逢辰;海上船舶互见中DCPA决策模拟模型[J];大连海运学院学报;1991年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 石爱国;蔡烽;万林;张永胜;杨宝璋;;从一次雾中撞船事故看紧迫危险时操纵处置[A];中国航海学会2001年度学术交流会论文集[C];2001年
2 李丽娜;曾华岚;郑佳春;蒋漪;;船舶避安全判据量化模型的研究[A];2002航海实用新技术论文集[C];2002年
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 张笛;枯水期长江通航风险评价和预测方法研究[D];武汉理工大学;2011年
2 郑中义;船舶自动避碰决策系统的研究[D];大连海事大学;2000年
3 毕修颖;船舶碰撞危险度及避碰决策模型的研究[D];大连海事大学;2000年
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 余锡荣;紧迫局面情况下的船舶避碰决策[D];大连海事大学;2000年
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7 何毅;空中交通复杂度参数模型的研究[D];同济大学;2007年
【二级引证文献】
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1 杨君兰;基于复杂度建模的船舶碰撞预警研究[D];武汉理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高雅林;为自动识别系统(AIS)留位置[J];船舶工业技术经济信息;1999年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郑中义;船舶自动避碰决策系统的研究[D];大连海事大学;2000年
2 毕修颖;船舶碰撞危险度及避碰决策模型的研究[D];大连海事大学;2000年
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【相似文献】
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5 朱晓琳,许汉珍;基于神经网络的船舶碰撞危险度模型[J];华中理工大学学报;2000年10期
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9 张晓兔,刘祖源,张乐文;船舶避碰系统的智能化研究综述[J];船舶工程;2000年01期
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6 王晓嘉;张子淳;;内隐态度在决策过程中的影响机制述评[A];第十二届全国心理学学术大会论文摘要集[C];2009年
7 汪时萍;仲伟俊;夏安邦;;城市供水决策模型的动态生成方法[A];科学决策与系统工程——中国系统工程学会第六次年会论文集[C];1990年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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8 本报记者 张翼;安世亚太发布国内首款企业级协同仿真平台[N];机电商报;2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨神化;基于Multi-agent的船舶避碰决策支持系统[D];上海海事大学;2008年
2 陶诚;高级场面运动引导控制及仿真平台研究[D];南京航空航天大学;2011年
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5 王化增;基于储量价值的油气开采决策模型研究[D];大连理工大学;2011年
6 凡鹏飞;风电并网电力系统充裕性决策模型和方法研究[D];华北电力大学;2012年
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9 孙立成;船舶避碰决策数学模型的研究[D];大连海事大学;2000年
10 张鸿辉;多智能体城市规划空间决策模型及其应用研究[D];中南大学;2011年
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2 车立新;基于面向对象技术的物流系统类库规划及仿真平台研究开发[D];南京理工大学;2002年
3 赵鑫;面向层次式协作应用的移动自组网仿真平台研究和实现[D];国防科学技术大学;2004年
4 卢元申;倾转旋翼机减速器润滑系统性能研究与仿真平台开发[D];中南大学;2010年
5 史磊;基于RTDS电磁_机电混合仿真平台的次同步谐振研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 李瑶;遗传算法在船舶避碰行动决策中的应用研究[D];大连海事大学;2013年
7 刘阳;基于多智能体的足球机器人系统决策模型设计[D];中南大学;2004年
8 徐沁;游客出境游决策行为及其影响因素实证研究[D];扬州大学;2007年
9 代传奇;中小制造企业技术创新模式研究[D];山东大学;2009年
10 赵迪;基于实物期权理论的柔性战略决策模型研究[D];中国科学技术大学;2009年
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