多船舶Agent避碰决策支持系统的机理及其仿真研究

船舶自动避碰决策研究是国内外航海学术界关注的前沿课题之一，也是当今能否实现船舶避碰科学决策以及最终实现自动避碰的研究热点，是从根本上解决人为因素造成船舶碰撞、搁浅和触礁事故的重要途径。本项目将以船舶避碰决策问题为研究对象，在总结已有工作的特点及其存在问题的基础上，引入Multi-agent系统的技术和理论，进而利用Multi-agent的协商和协作性能，沿着协商避碰的思路，在船舶的Agent描述、船舶Agent的信念更新模型、船舶Agent的承诺心理模型、船舶Agent的避碰决策算法和船舶自动避碰仿真平台构建等方面开展一些具有创新性的工作，构建一个基于Multi-agent理论模型的多船舶Agent避碰决策支持系统，从而以一种新的方式方法来对船舶避碰问题进行研究，形成一个可以用于开展自动避碰研究、功能齐全的船舶Agent公共平台，制定船舶Agent的标准协商协议，为后续的广泛研究奠定基础。

本项目在船舶的Agent描述、船舶Agent的信念更新模型、船舶Agent的承诺心理模型、船舶Agent的避碰决策算法和船舶自动避碰仿真平台构建等方面开展了具有创新性的工作，构建了一个基于Multi-agent理论模型的多船舶Agent避碰决策支持系统（DSMAC），从而以一种新的方式方法来对船舶避碰问题进行研究，初步形成了一个可以用于开展自动避碰研究的船舶Agent平台。具体如下：.（1）船舶的Agent描述与多船舶Agent系统构建。对船舶进行了Agent描述，设计了船舶Agent的体系结构，提出了基于VC++类框架的混合型船舶Agent模型。依据船舶避碰协作信息处理的特征，提出了一个基于BDI结构、利用AIS消息实现协作信息处理的通信模型，实现了船舶Agent间的信息交互，在此基础上建立了DSMAC系统的工作机制。.（2）船舶Agent的避碰信息获取方法研究。提出了动态目标避碰参数的推算模型、会遇形势的决策模型，使船舶Agent具备了推算和判断本船与目标船的相互作用信息的能力。提出了采用“动态网格”方法对S-57标准的电子海图数据进行再组织，形成合理、有序的数据。.（3）船舶Agent的碰撞危险评价模型研究。在动态目标的碰撞危险评价模型建模中，提出了分级建模的思路，对单目标船采用类模糊定性判断，对多目标船采用先定性后定量判断的方法确定重点避让船舶，并基于船舶的不同会遇态势，提出了一种比较实用、简单的最小安全会遇距离（MSDA）量化模型。在静态目标的碰撞危险评价模型建模中，提出了由矩形搜索区域与危险水深判定阈值构成的三维长方体船舶领域模型，并对该模型进行了详细建模。.（4）船舶Agent的避碰决策算法研究。以两船的相对距离值来表征船舶Agent实施避碰措施的时机，提出了船舶Agent会遇单目标船的决策生成算法。在会遇多目标船（包括水上或水下静态碍航物）情况下，利用Multi-agent的协商和协作性能，提出了由初始方案层、寻优层、协商层组成的分层避碰决策生成与优化算法。.（5）自动避碰仿真平台的构建和实现。应用Multi-agent技术以及多本船航海模拟器技术，采用Microsoft Visual C++开发平台，构建和开发了船舶自动避碰仿真平台（VACASP），并基于VACASP平台对DSMAC系统的所有推理模型和决策算法进行了大量的仿真验证。