60、海上船舶避碰与动态定位的进化方法研究

海上船舶避碰与动态定位的进化方法研究

1. 海上避碰进化方法概述

早期将进化算法应用于海上避碰任务的研究涉及多个方面，如任务定义、种群结构、遗传算子、领域建模和船舶管理系统等。最初的起点是EP/N（Evolution Planner/Navigator）系统，它可在静态环境中进行机器人路径的进化搜索。

后来，也有研究将进化机制应用于解决避碰问题。例如，使用遗传算法优化自动避碰系统，该算法的单个基因包含船舶位置、纬度、经度、速度等参数，以及波浪、风力和风向等外部因素参数。还有研究详细描述了规划安全轨迹的编码方法，包括将海洋环境和天气干扰引入染色体模型、利用概率密度图确定潜在碰撞风险，以及提出算法测试方法和避碰系统。

值得一提的是ESoSST（Evolutionary Sets of Safe Ship Trajectories），它利用进化算法和博弈论的一些元素来解决船舶碰撞情况。通过定义个体位置和船舶交通参数，该方法能为参与相遇的所有船舶确定近似安全轨迹。这些轨迹以一系列操纵动作呈现，适用于在受限水域中遇到大量物体的情况，同时考虑碰撞风险，并使用特定导航情况和缩放因子的定义领域。该研究还测试了不同版本的适应函数、专用算子和选择方法。

2. vEP/N++系统介绍

在开发了EP/N系统后，又推出了其扩展版本vEP/N++。其中，符号“v”表示本船速度参数的变化，“++”表示系统的新版本。该系统能够考虑时间可变限制和沿各个路径段移动的物体的速度变化。

避碰任务可简化为路径对建模海洋环境的适应。在进化系统中，首先创建一个路径种群，然后算法从该种群中寻找最佳解决方案，即最适应环境的路径。路径适应程度由生存函数决定。合适形状的