申请/专利权人：大连海事大学

申请日：2021-09-23

公开（公告）日：2023-12-05

公开（公告）号：CN113703463B

主分类号：G05D1/02

分类号：G05D1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.05#授权;2021.12.14#实质审查的生效;2021.11.26#公开

摘要：本发明提供基于精英多种群演化算法的船舶避碰路径规划方法。本发明方法，包括：利用船舶助航设备获取船舶信息；判断本船与目标船的碰撞危险，确定本船与目标船的船舶会遇态势，确定船舶避让责任和避让行为；设计会遇时的船舶避碰运动过程，构建船舶避碰路径；利用精英多种群演化算法求解船舶避碰路径；输出当下最优船舶避碰路径。本发明提供的基于精英多种群演化算法的船舶避碰路径规划方法，根据获取的船舶信息，判断碰撞危险和会遇态势，构建船舶避碰路径，使用精英多种群演化算法求解船舶避碰路径，提高了船舶避碰路径的规划效率，降低了规划时间，在线规划能力加强，更加适用于当前复杂的海上交通环境。

主权项：1.一种基于精英多种群演化算法的船舶避碰路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用船舶助航设备获取船舶信息；S2、判断本船与目标船的碰撞危险，确定本船与目标船的船舶会遇态势，确定船舶避让责任和避让行为；S3、设计会遇时的船舶避碰运动过程，构建船舶避碰路径；S4、利用精英多种群演化算法求解船舶避碰路径；所述步骤S4的具体实现过程如下：S41、初始化种群中的M个个体，即初始化M个船舶避碰路径Pi，生成种群P＝{P1,P2,···,PM-1,PM}，避碰路径Pi包括四个路径变量：避让转向角度A1、复航转向角度A2、避让点距离D1和复航点距离D2，根据船舶航行状况和操纵习惯，确定四个路径变量的取值范围，采用二进制编码方式表示船舶避碰路径的四个路径变量；S42、计算种群中每个个体的适应度，即每个船舶避碰路径Pi的适应度fPi；船舶避碰路径规划的目标是提供航程最短的安全避碰路径，船舶避碰路径航程N包括船舶避让航程N1和船舶复航航程N2，分别计算船舶避让航程N1、船舶复航航程N2、船舶避碰路径航程N，计算公式如下：N1＝D1+D2×sinA2sinA1+A2N2＝D1+D2×sinA1sinA1+A2N＝D1+D2×sinA1+sinA2sinA1+A2设定保证船舶避碰安全的约束条件，如下：dcpa1≥θsafedcpa2≥θsafe上式中，dcpa1表示船舶避让过程中本船与目标船的最近会遇距离，dcpa2表示的是船舶复航过程中本船与目标船的最近会遇距离，θsafe表示设定的两船安全距离；计算船舶避碰路径的适应度fPi，计算公式如下：fPi＝δ*NOCN上式中，NOC表示船舶初始点O和交叉点C的直线距离，δ表示船舶安全系数，满足步骤S43中的约束条件时，δ等于1，不满足时，δ等于0S43、判断是否达到收敛条件，将收敛条件设置为如下两种情况：情况一：达到设定的迭代次数；情况二：最优避碰路径适应度值达到设定的适应度值；满足收敛条件，输出最优船舶避碰路径；S44、采取分居策略，随机将M个船舶避碰路径划分组合为四个子种群，即A1子种群、A2子种群、D1子种群和D2子种群，每个子种群中包含M4个船舶避碰路径，分别对四个路径变量独立优化；S45、分别计算各子种群船舶避碰路径Pi的子适应度；计算公式如下： 上式中，表示A1子种群避碰路径Pi的子适应度，表示A2子种群避碰路径Pi的子适应度，表示D1子种群避碰路径Pi的子适应度，表示D2子种群避碰路径Pi的子适应度；S46、采取移居策略，一个子种群中的精英避碰路径迁移到其他三个子种群，替代其他子种群中的避碰路径，从一个子种群中选出子适应度好的船舶避碰路径，作为精英避碰路径迁移到其他子种群，A1子种群的精英避碰路径PE，迁移到A2、D1和D2子种群，替代子种群中的避碰路径；S47、更新各子种群中的船舶避碰路径；根据适应度大小对子种群中M4个船舶避碰路径按照由大到小排序，排序后的种群P以及种群中船舶避碰路径的大小如下式所示：P＝{P1,P2,P3,…,PM-14,PM4}fPi-1＞fPi,i∈{2,3,4,…,M-14,M4}根据船舶避碰路径子适应度的排序关系，选择精英避碰路径组成精英亚种群，即A1精英亚种群、A2精英亚种群、D1精英亚种群和D2精英亚种群；Sn表示第n个亚种群，其中适应度最差的避碰路径为Pw，表示亚种群Sk的平均适应度，即亚种群Sk中所有避碰路径适应度的平均值，排序关系由如下公式表示： 在子种群M4个船舶避碰路径中选择精英船舶避碰路径组成平均子适应度最大的M4个精英亚种群S，精英亚种群，如下式所示：S＝{S1,S2,S3,…,Sm-1,Sm}S1＝{P1}S2＝{P1,P2}S3＝{P2}S2n＝Sn∪Pw+1S2n+1＝Sn-Pw∪Pw+1S48、由M个精英亚种群生成M个新的避碰路径，M个新的避碰路径组成新种群，一个亚种群生成一个新的避碰路径，将一个精英亚种群中所有避碰路径按照二进制编码逐位比较，对应位置的值相同保留0或1，不相同，则该位置用随机数0或1替代，得到新的船舶避碰路径，新种群继续迭代直到收敛；S49、输出最优个体，即求解得到的最优船舶避碰路径，当满足设定好的收敛条件后，即可输出最优个体，最优个体表示求解的航程最短的安全避碰路径，获得构建船舶避碰路径的四个路径变量，为船舶驾驶员提供辅助决策；S5、输出当下最优船舶避碰路径。

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百度查询： 大连海事大学 一种基于精英多种群演化算法的船舶避碰路径规划方法

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