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多船会遇态势下避碰辅助决策研究

摘要

随着对海洋资源的需求不断提高，来往于海上的船舶数目也在不断增长，我国每年

都会发生船舶相撞的重大事件。在全球范围内，由于各种原因造成了大量的灾害，并对

我国的海洋生态系统产生了巨大的冲击，更对船员的生命安全带来极大风险。因此，通

过对船舶避碰避碰决策方法的研究，可以得出更科学、更合理的避让方案，从而有效地

减少碰撞事故发生的几率，确保船只和人员的安全。本文以开阔海域中多船互见状态下

的避碰决策技术为研究基础，并探讨一种以启发式算法为基础的船舶避让决策方法，此

方法对于减少碰撞事故的风险以及提高船舶航行的安全性具有至关重要的实际意义。本

文具体研究内容如下：

首先，对船舶的会遇阶段、避让过程、会遇态势与责任划分等船舶避碰机理进行阐

述，利用几何方法建立避碰几何数学模型，并在对船舶相对运动参数研究的基础上，分

析船舶采取转向避碰措施后对会遇态势的影响，为后续的研究奠定理论基础。

其次，针对船舶碰撞危险度问题，建立关于最近会遇距离、最短会遇时间、相对方

位、相对距离、船速比的隶属度函数，使用模糊数学方法建立碰撞危险度模型。对于多

艘目标船的避碰顺序问题，将船速比、DCPA、TCPA、安全会遇距离的最小值作为参考

数据列，采用灰色关联分析法确定目标船的危险度排序，为后续算法适应度函数的权重

分配提供参考。

再次，对标准灰狼优化算法(GreyWolfOptimizer,GWO)的原理进行介绍。为了提高

灰狼算法的优化性能，本文使用Tent映射的方式初始化灰狼种群，并且将算法中收敛因

子的收敛方式改进为非线性，同时使用淘金优化思想(Goldrushoptimizer,GRO)改进灰

狼个体的更新方式。为了验证对灰狼算法进行改进的有效性，使用标准测试函数进行了

仿真，实验结果验证了改进灰狼算法的可行性与有效性。

最后，将改进的灰狼优化算法应用于多船会遇态势下的避碰决策问题中，当船舶之

间的碰撞危险度超过特定数值时，启动避碰算法。本文将船舶在执行避碰决策时的转向

角、航行时间、复航角度作为用来更新迭代的灰狼个体信息，并从安全性与经济性两个

方面建立了船舶避碰适应度函数，最后使用改进灰狼算法对目标船为两船、三船、四船

各三种会遇态势进行仿真实验，以验证算法的有效性。

关键词：船舶避碰决策；碰撞危险度模型；灰狼优化算法；多船会遇

多船会遇态势下避碰辅助决策研究

Abstract

WiththeincreasingdemandforMarineresources,thenumberofshipscomingandgoing

ontheseaisalsoincreasing,andmajorincidentsofshipcollisionoccureveryyearinour

country.Inthewholeworld,duetovariousreasons,alargenumberofdisastershavebeen

caused,andhaveahugeimpactontheMarineecosystemofourcountry,andbringgreatrisks

tothelifesafetyofthecrew.Therefore,throughtheresearchofcollisionavoidancedecision-

makingmethods,morescientificandreasonablecollisionavoidanceschemescanbeobtained,

soastoeffectivelyreducetheprobabilityofcollisionaccidentsandensurethesafetyofships

andpersonnel.Thispaperisbasedonthecollisionavoidancedecisiontechnologyin