[發明專利]一種基于改進頭腦風暴優化算法的船舶避碰智能決策方法

在審

• 申請號: 202210922740.5
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115620558A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 薛晗;胡穩才
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: G08G3/02
• 分類號: G08G3/02;G06N3/006;G06F18/23213
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 羅恒蘭

1.一種基于改進頭腦風暴優化算法的船舶避碰智能決策方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1、獲取電子海圖數據和船舶航行水域附近其他船舶的航行狀態數據；以及獲取船舶與海上風電場的空間相對位置關系；

步驟2、根據對船舶之間運動趨勢的判斷，對船舶之間是否發生相遇做出判斷，確定船舶之間的會遇關系；

步驟3、搜索出避碰效果最好的船舶轉向角度與船舶轉向后的航行時間，生成初始解，每個個體對應于初始解，包括轉角x₁和恢復時間x₂。

2.根據權利要求1所述的一種基于改進頭腦風暴優化算法的船舶避碰智能決策方法，其特征在于：所述步驟3具體包括：

1)生成初始種群；

每個個體用s_k＝(x₁,x₂)表示，第一個參數是船舶的轉角x₁，第二個參數是船舶轉彎后的航行時間x₂；

2)用K-means聚類法將個體分為C個聚類,記錄每個聚類的聚類中心；

3)產生在區間(0，1)之內的隨機數r₁,如果r₁p_a,則隨機選擇一個聚類中心,并用隨機生成的個體替換它；其中，p_a為給定常數值。

4)產生在區間(0，1)之內的隨機數r₂；如果r₂p_b,則隨機選擇一個概率為p_i的類；產生在區間(0，1)之內的隨機數r₃,若r₃p_c,則選擇該類中心,并加上隨機值,產生新個體；否則當r₃p_c,隨機選擇該類中的個體,加隨機值更新；其中，p_b和p_c為給定常數值。

5)如果r₂p_b,則隨機選擇兩個類產生新個體；產生隨機數在區間(0，1)之內的r₄,若r₄p_d,則合并兩個聚類中心,加隨機值產生新個體；否則當r₄p_d,從兩個聚類中選擇個體合并后,加隨機值產生新個體；其中，p_d為給定常數值；

x_AB＝x_A+(1-r₂)x_B (7)

其中x_A和x_B表示要合并的兩個個體，x_AB表示組合后的個體；

6)新產生的個體與當前個體相比,將適應度f值更小的個體作為下一次迭代的新個體；種群適應度由到最近接近點的距離、轉彎幅度和到原始路線的距離、禁止船舶向風電場一側操舵避讓組成，計算如下：

其中，DCPA為種群適應度由到最近接近點的距離，w₁、w₂、w₃、w₄為各個子目標的權重；子目標f4是為了禁止船舶向風電場一側操舵避讓，其計算如下：

其中，c₁表示避讓前船舶原航線與風電場的夾角，c₂表示避讓后船舶新航線與風電場的夾角；

7)如果N個個體更新完成,則轉入第8)步,否則轉第4)步；

8)如果達到最大迭代次數,則停止迭代,否則按下式更新p_a，轉第3)步；

其中，表示第t次迭代的p_a值，p_a0表示初始p_a值，表示第t次迭代的第i個個體，表示第t次迭代的最優個體。