[发明专利]一种基于前景理论的船舶避碰决策优化方法

说明书

本发明公开了一种基于前景理论的船舶避碰决策优化方法，选取碰撞危险度、航程损失和轨迹平稳性作为避碰决策优化指标，构建基于前景理论的船舶避碰决策优化模型将人的风险偏好考虑进来，利用前景理论来解决船舶避碰过程中船舶驾驶员因风险态度不同而引起的决策差异，选取在不同风险偏好下不同船员心理预期最优的避碰决策，从而达到保障航行安全，提高避碰效率，节约航行成本的目的。

技术领域

本发明涉及船舶避碰技术领域，尤其涉及一种前景理论的船舶避碰决策优化方法。

背景技术

船舶避碰决策问题一直以来是航行安全领域的热点和难点问题，与船舶自身条件、通航环境及船员素质等诸多因素有着密切关联。船舶避碰技术经历了从几何方法和雷达到“专家系统”再到“智能避碰”的发展。初期，船舶避碰主要是采用几何计算方法，通过计算船舶间的最近会遇距离和到达最近会遇距离的时间来评估船舶的碰撞危险。当船舶航行过程中出现碰撞风险时，船舶驾驶员通常采用转向避碰措施作为行动方案，船舶驾驶员主要依据自身驾驶经验、技能等来确定船舶转向避碰方案，主要包括转向的时机和幅度，其中船载雷达和AIS设备为船舶避碰行动提供重要支撑。相关辅助设备虽然可以提高避碰决策的安全性和效率，但是目前仍未研发出完全成熟的避碰的系统，最后仍需船员自己做出避碰决策。

近年来快速发展的人工智能技术与方法克服了早期用确定性方法解决避碰决策问题时遇到的抽象因素众多、量化困难等难题，对船舶避碰决策的研究方法逐渐由最初的数学计算模型过渡到人工智能方法，如遗传算法、神经网络、蚁群算法等。国内外船舶避碰决策优化的主要方法是将国际海上避碰规则和良好船艺作为约束条件，运用智能化算法，如粒子群算法、克隆选择优化算法、社会情感优化算法等，对船舶碰撞危险度和航程损失的多目标函数进行优化。

然而船舶驾驶员由于心理、性格、驾驶经验等差异，避碰行为也存在个体差异，在船舶避碰相关研究中，无论是基于经典几何方法还是智能算法，存在对船舶航行值班驾驶员主观风险偏好和认识不足，在碰撞危险度和航程损失所构成的多目标函数中没有体现船员主观差异性，而且没有考虑作为让路船在避碰操作中的船舶轨迹平稳性等问题。本发明针对以上问题，引入行为科学理论——前景理论，以提出一种能够引入人为风险偏好的船舶避碰决策优化方法为核心目标，构建基于前景理论的船舶避碰决策优化模型，选取碰撞危险度、航程损失和轨迹平稳性作为避碰决策优化指标，将人的风险偏好考虑进来，利用前景理论来解决船舶避碰过程中船舶驾驶员因风险态度不同而引起的决策差异，为船舶避碰决策和决策拟人化提供支持。

发明内容

本发明提出了一种前景理论的船舶避碰决策优化方法，基于前景理论的两船避碰决策优化模型主要分为两个部分，首先是对生成避碰方案的决策信息矩阵进行规范化处理和灰关联分析；进而利用前景理论获得正负前景价值矩阵，然后通过目标规划求取最优指标权重，代入到综合前景价值公式中得到每个备选避碰方案的综合前景价值，从而进行避碰方案选择。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于前景理论的船舶避碰决策优化方法，如本发明附图1所示，包括如下步骤：

步骤1：获取船舶的运动参数，根据船舶会遇态势及运动参数仿真获得船舶具体的避碰方案，构成避碰方案集；

步骤2：根据避碰决策优化指标建立优化模型，获得避碰决策优化指标集，所述避碰决策优化指标根据但不限于船舶安全性、经济性、轨迹平稳性三个方面来选取；

步骤3：根据避碰方案集和避碰决策优化指标集构建决策信息矩阵，对决策信息矩阵进行规范化处理和灰关联分析，计算避碰方案关于避碰决策优化指标的关联系数矩阵；

步骤4：根据关联系数矩阵和利用前景理论获得正负前景价值矩阵，并通过线性规划求取最优决策指标权重；

步骤5：将最优决策指标权重代入到船舶避碰方案综合前景价值的计算公式中，根据每个避碰方案的综合前景值对避碰方案的优劣进行排序，选取避碰方案；