基于规则的多船协调避碰决策算法及仿真验证

刘炯炯， 刘克中， 杨 星， 熊 勇， 袁志涛， 吴晓烈

(武汉理工大学 a.航运学院； b.智能交通系统研究中心; c.内河航运技术湖北省重点实验室， 武汉 430063)

随着人工智能、大数据和船联网技术的快速发展，船舶智能航行在航海上的应用已成为海上智能交通的重要研究领域。[1]自动驾驶技术是船舶智能航行的核心内容，而船舶避碰决策研究又是自动驾驶技术的重要组成部分。[2]

在船舶避碰决策研究中，多船会遇局面下的避碰决策为难点问题之一。[3]针对多船避碰决策研究，大部分研究仅考虑“本船”进行避让操作，假设“来船”保向保速或已知运动轨迹，利用遗传算法[4]、速度障碍[5]和粒子群优化算法[6]等制订船舶避碰方案；部分研究为每艘船舶规划航行路径，船舶只有依照生成的路径航行才能安全通过[7]，与实际海上船舶避碰决策存在较大差异。船舶分布式避碰决策过程更符合海上实际避让，船舶根据实时会遇场景做出避让操作，并取得一定的研究成果。LI等[8]提出一种分布式协调策略，基于船舶轨迹预测评估碰撞风险，通过优化策略找到最有效的避碰策略，避让中需进行多次协调通信，但未考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)；KIM等[9-10]采用分布随机搜索算法(Distributed Stochastic Search Algorithm,DSSA)减少通信次数，缩短计算时间，研究中未融入COLREGs；ZHANG等[11]和张金奋[12]依据COLREGs建立让路船和直航船的避让行动模型并将其应用于多船避让中，但采取的避让行动主要依据两船避让，未考虑船舶避让对附近其他来船的影响。

由于COLREGs仅适用于两船会遇场景，无法直接应用到多船避碰中。……