基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能航海避碰算法研究.pdf

1、隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，“21世紀(jì)海上絲綢之路”構(gòu)想將中國(guó)海運(yùn)事業(yè)提升至一個(gè)新高度。海運(yùn)量增長(zhǎng)的同時(shí)也給安全航海帶來(lái)前了所未有的挑戰(zhàn)。目前，航海安全主要依靠值班駕駛員在雷達(dá)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀（ARPA）等輔助設(shè)備協(xié)助下對(duì)碰撞危險(xiǎn)進(jìn)行判斷。但船-船相碰事故有增無(wú)減，帶來(lái)極大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，如何更有效地預(yù)防海上船舶碰撞事故的發(fā)生成為亟待解決的問題。
　　為提高航海安全性，各國(guó)學(xué)者對(duì)智能避碰決策做了大量工

2、作并取得一定成果。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通、智能家居、健康監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域的逐步滲入，整個(gè)社會(huì)變得更加智能化。本文通過深入研究物聯(lián)網(wǎng)和智能算法的相關(guān)理論，將其關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用到智能航海避碰中。提出了基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能航海避碰系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)度的智能航海避碰算法，該算法可提前“預(yù)知”船舶在下一時(shí)刻抵達(dá)位置處的碰撞風(fēng)險(xiǎn)程度并在危險(xiǎn)來(lái)臨前推送避碰優(yōu)先序列。
　　本文所做的工作如下：
　　(1)提出了基

3、于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能航海避碰系統(tǒng)模型。該模型包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層。其中，感知層以性價(jià)比更高的智能傳感器模塊為主體對(duì)各類航海信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；傳輸層以物聯(lián)網(wǎng)中間件及Zigbee協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行信息傳輸。最后由應(yīng)用層的智能避碰算法分析、預(yù)測(cè)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)并作出避碰優(yōu)先序列決策。
　　(2)通過深入研究國(guó)內(nèi)外智能避碰算法，基于層次分析法（AHP）和 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的智能航海避碰算法。該算法加入了環(huán)境因子，使整個(gè)算法可

4、根據(jù)實(shí)際環(huán)境的改變而實(shí)時(shí)調(diào)整策略，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，本文基于 AHP確定影響安全航海的各環(huán)境因素所占的權(quán)重，將采集到的各影響因素值與其權(quán)重相結(jié)合，動(dòng)態(tài)確定環(huán)境因子；根據(jù)感知層采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與環(huán)境因子綜合確定最佳預(yù)測(cè)時(shí)間T。
　　其次，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)習(xí)船舶的航海習(xí)慣；基于訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)T時(shí)刻后船舶可能抵達(dá)的位置坐標(biāo)P。
　　最后，根據(jù)航海學(xué)知識(shí)建立模型，判斷P處的碰撞風(fēng)險(xiǎn)度；根據(jù)不同船舶