基于数字协商的船舶避碰决策方法技术

本发明专利技术公开了基于数字协商的船舶避碰决策方法，该方法包括步骤１：建立自动协商软件系统；步骤２：输入协商者偏好模型参数值；步骤３：确定协商角色；步骤４：确定协商方案，步骤５：进行协商。本方法解决现有自动避碰决策系统在两船困难会遇局面下往往不能给出协调和经济的整体避碰方案的问题，从而可使困难会遇局面下的两艘船舶通过数字协商获得协调和更经济的整体避碰方案，减少了船舶避让的代价，提高了船舶的营运安全和运输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船舶避碰决策的方法，特别涉及一种基于数字协 商，能给出协调和经济的整体避碰方案的方法。
技术介绍
当前的船舶智能避碰决策系统主要利用专家系统、模糊推理、人 工神经网络、模糊人工神经网络和进化算法等方法进行船舶避碰决 策。利用这些方法解决船舶自动避碰决策问题具有先天的局限性—— 这些方法将船舶自动避碰决策问题的求解过程看成是一个"集中式" 的问题求解过程，而非分布式的问题求解。这里"集中式"的避碰决策 问题求解是指这些自动避碰决策系统在求解避碰方案时没有进行信 息交换，更没有任何形式的合作。基于这些"集中式"人工智能方法的 船舶自动避碰决策系统在困难会遇的局面下往往会给出相互不协调 或不经济的避碰方案。事实上，船舶驾驶员在进行避^f时不但利用他 们个人的智慧(如根据他们对会遇局面的判断，依照国际海上避碰规 则给出正确的避碰方案)，往往也会利用双方的集体智慧。比如在一些困难会遇局面下，两船的驾驶员可能利用VHF进行口头协商以得 到一个协调和更加经济的整体避碰方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够解决现有自动避碰决策方法在 两船困难会遇局面下往往不能给出协调和经济的整体避碰方案的问 题的。为了达到所述目的，本专利技术提供的方法包括以下几步步骤l:建立自动协商软件系统。利用Agent软件建立两船舶协商避碰模型，该模型包括协商者集合、协商议题集合、协商者的保 留避碰方案集合、协商者避碰方案效用评价模型集合、协商者偏好模 型集合、协商者的推理模型集合以及协商者之间的协商协议等；步骤2:输入协商偏好值。通过步骤1所建立的软件输入协商者 偏好模型参数者。步骤3:确定协商角色。根据步骤l所建系统以及本船和目标船 的让路或直航的义务和权利确定本船在协商中的角色；步骤4:确定协商方案。根据步骤3所确定的角色，再通过步骤 1所建立的软件以及步骤2所输入的各种协商偏好参数计算本船所面 临的碰撞危险度，确定发起协商的时机，建立船舶避碰方案空间，确 定进行协商避碰的心理阈值，确定避碰时机，建立时间相关协商策略、 资源相关协商策略以及行为相关协商策略等，建立避碰方案代价的计 算方法和避碰方案总效用的计算方法，生成协商初始提议；步骤5:进行协商。根据步骤4所确定的协商初始提议，软件系 统通过与其连接的协商通信设备，在遵循船舶避碰协商协议下，与它 船自动展开协商，最终协商出整体避碰方案，供船舶驾驶员相互确认 执行。步骤1中所述的协商者偏好模型集合，若为让路船其协商者偏好 模型集合包括以下几个子模型航向偏好模型，协商意图模型，避碰 行动偏好模型，碰撞危险的忍受度模型，协商策略模型。若为直航船 其协商者偏好模型集合包括以下几个子模型避碰行动偏好模型，碰 撞危险的忍受模型，善意模型。步骤4中所述的避碰方案的代价，其是通过利用避让航迹曲折度 和避让所带来时间损失为参数计算得到。步骤4中所述的避碰方案的总效用，其是利用该避碰方案的代价 计算得到的避碰方案的经济效用与利用碰撞危险度减少量计算得到 的避碰方案的安全效用的笛卡尔积。步骤5中所述的协商通信设备为AIS (船舶自动识别系统)收发器。本专利技术所提供的船舶避碰决策方法相比于以前的船舶避碰决策 方法，基于数字协商的船舶自动避碰决策方法利用人工智能协商技术 模拟船舶驾驶员的口头协商避碰决策过程，建立船舶自动协商避碰决策模型，以船舶自动识别系统(AIS)接收机作为通信设备，实现船舶之间的协商避碰决策，解决现有自动避碰决策系统在两船困难会遇局 面下往往不能给出协调和经济的整体避碰方案的问题，从而可使困难 会遇局面下的两艘船舶通过数字协商获得协调和更经济的整体避碰 方案，减少了船舶避让的代价，提高了船舶的营运安全和运输效率。 以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。 附图说明图1为本专利技术中建立模型的示意图。图2为本专利技术中船舶协商的示意图。 具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。 根据本方法形成的系统，该系统包括两个部分-一、软件系统，完成协商初始参数的设置和协商运算，该软件系 统形成利用Agent软件对船舶进行建模；参照多Agent启发式协商模 型建立两船协商避碰模型，该模型用一集合表示，如图l所示」表 示协商者集合， 一般由一条让路船和一条直航船组成，或者由两条让 路船组成。X表示是协商议题集合，协商议题主要指协商者拟采取的 避碰方案。^表示是协商者的保留避碰方案集合，协商出的避碰方案 代价不应高于保留避碰方案的代价。"表示是协商者避碰方案效用评 价模型的集合。P表示是协商者偏好模型的集合；当两船处于会遇局 面下， 一船可能是让路船，可能是直航船。不同的角色往往采取不同 的措施，也就是说有不同的偏好模型。在本系统中，让路船的偏好模 型包括以下五个子模型l.是航向偏好模型，它描述为当让路船偏离 计划航线或接近转向点时，驾驶人员心理上最喜欢采取的航向的大 小；2.是协商意图模型，它描述为当两船存在碰撞危险时，让路船最想和直航船协商的程度；3.是避碰行动偏好模型，它描述为在不同避 碰行动的偏好，比如右转，左转，加速，减速，或他们中的两者；4. 是碰撞危险的忍受度模型，它描述为让路船忍受直航船的空间和时间 程度；5.是协商策略模型，它描述为让路船在协商过程中所采取的策 略。直航船的偏好模型包括以下几个子模型l.避碰行动偏好模型； 2.碰撞危险的忍受模型；3.善意模型，它描述为直航船在协商过程中的让步程度。n表示是每个协商者的推理模型集合，推理模型用于生成协商提议和反提议。《表示表示协商者之间的协商协议。二、硬件，即协商通信设备，采用AIS (船舶自动识别系统)收 发器。软件系统运行在一台计算机上，通过串口分别与AIS收发器和 GPS (卫星导航仪)相连。连接好AIS收发器和GPS之后，运行协 商避碰决策系统的软件，软件系统首先提供一个界面，供用户输入下 列参数(1) 船舶基本参数，如船舶吨位；(2) 航线数据，如每个转向点位置、每段航线的计划航向和航速等；(3) 避碰偏好参数，如协商意愿阈值、违反避碰规则的心理阈值、协商策略参数、变速操作的临界转向幅度、碰撞危险忍受度参 数、协商善意模型参数等。设置好以上参数之后，系统将会进入运行状态。软件系统将会不停地从GPS读入本船位置和航向信息，同时从AIS收发器读入它船 的动态信息。 一旦接收到它船的动态信息，将会判断它船与本船是否有碰撞危险？如果有，判断是否需要展开协商避碰决策？如果需要， 系统将会自动建立一个协商线程，与它船的协商避碰系统展开协商；其协商时，由于船舶自动协商避碰模型己经建立，便可根据本船和目 标船的让路或直航的义务和权利确定本船在协商中的角色。 一般情况 下，如果本船是让路船，而目标船是直航船，则本船是协商发起者。 如果两船互为让路船，则由首先发现两船存在碰撞危险的船舶承担协 商发起者的角色，而另一艘船舶作为协商响应者。也有一些特殊情况， 比如直航船正在接近下一转向点，而让路船又未发起协商，此时直航船可能也会发起协商。以船舶安全领域、DCPA、目标船进入本船安 全领域的时间和本船的安全操纵时间为参数，计算本船所面临的碰撞 危险度，确本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于数字协商的船舶避碰决策方法，其特征在于，该方法包括以下几步：　步骤１：建立自动协商软件系统，利用Ａｇｅｎｔ软件建立两船舶协商避碰模型，该模型包括：协商者集合、协商议题集合、协商者的保留避碰方案集合、协商者避碰方案效用评价模型集合、协商者偏好模型集合、协商者的推理模型集合以及协商者之间的协商协议等；　步骤２：输入协商偏好值，通过步骤１所建立的软件输入协商者偏好模型参数者；　步骤３：确定协商角色，根据步骤１所建系统以及本船和目标船的让路或直航的义务和权利确定本船在协商中的角色；　步骤４：确定协商方案，根据步骤３所确定的角色，再通过步骤１所建立的软件以及步骤２所输入的各种协商偏好参数计算本船所面临的碰撞危险度，确定发起协商的时机，建立船舶避碰方案空间，确定进行协商避碰的心理阈值，确定避碰时机，建立时间相关协商策略、资源相关协商策略以及行为相关协商策略等，建立避碰方案代价的计算方法和避碰方案总效用的计算方法，生成协商初始提议；　步骤５：进行协商，根据步骤４所确定的协商初始提议，软件系统通过与其连接的协商通信设备，在遵循船舶避碰协商协议下，与它船自动展开协商，最终协商出整体避碰方案，供船舶驾驶员相互确认执行。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勤友，施朝健，杨春，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]