面向类脑智能船舶的自主航行关键理论与方法

图书信息

作者：王晓原等著著

出版社：机械工业出版社

定价：149.00

ISBN：9787111779360

出版时间：2025-06-01

分类：图书,行业职业,工业技术,交通运输

商品介绍

目录

前言

第1章概述1

1.1类脑智能船舶1

1.2自主航行系统2

1.2.1路径规划2

1.2.2航行决策5

1.3自主航行数据通信安全9

第2章智能船近海全局航线规划11

2.1全局航线规划11

2.1.1船舶近海航行场景11

2.1.2航线模型12

2.1.3全局航线规划的总体思路13

2.1.4相似历线存在性判断逻辑流程14

2.1.5全局航线生成15

2.1.6航程计算18

2.1.7航时计算19

2.2验证及结果讨论20

2.2.1实验设计20

2.2.2实验结果及分析21

第3章智能船远洋全局气象航线动态优化26

3.1基于多阶段动态递推法的气象航线动态优化模型26

3.1.1问题分析26

3.1.2模型原理26

3.1.3模型构建28

3.2基于评价值法的气象航线动态优化模型29

3.2.1问题分析29

3.2.2模型原理30

3.2.3模型构建31

3.3基于连续动态很优控制的气象航线动态优化模型32

3.3.1问题分析32

3.3.2模型原理33

3.3.3模型构建34

3.4验证及结果分析35

3.4.1实验设计35

3.4.2实验结果及分析38

第4章基于有限理性博弈的多船复杂会遇态势预测45

4.1船舶复杂会遇态势表达45

4.1.1船舶会遇场景分层及表达45

4.1.2规则导向态势表达模型46

4.1.3环境适航态势表达模型47

4.1.4船舶复杂会遇态势表达模型57

4.2基于有限理性博弈的多船复杂会遇态势预测57

4.2.1会遇态势演化特性57

4.2.2会遇态势演化的有限理性动态博弈过程分析58

4.2.3态势博弈收益计算59

4.3数据集及数据处理62

4.3.1数据来源62

4.3.2数据处理64

4.3.3模型求解66

4.4态势预测模型验证66

4.4.1基于公开数据集的态势预测模型验证66

4.4.2基于实验船数据集的态势预测模型验证70

4.4.3实验结果及分析71

第5章受限水域船舶集群态势复杂性分析与数学表达73

5.1受限水域船舶集群态势复杂性分析73

5.1.1动态网格划设73

5.1.2兴趣感知区域划分81

5.1.3受限水域船舶集群态势划分82

5.2受限水域船舶集群态势的数学表达84

5.2.1干扰船对目标船的影响分析84

5.2.2岸壁效应对目标船的影响分析87

5.2.3兴趣感知区域作用力的叠加89

5.2.4受限水域船舶集群态势的划分与约简91

5.2.5受限水域特殊情况说明93

第6章受限水域船舶相对领域及碰撞危险度建模94

6.1受限水域船舶相对领域模型94

6.1.1受限水域船舶领域研究的基础理论94

6.1.2最小安全会遇距离96

6.1.3可变进距97

6.1.4基于船舶集群态势的相对领域建模101

6.2受限水域船舶相对碰撞危险度模型104

6.2.1受限水域船舶相对碰撞危险度研究104

6.2.2受限水域船舶相对碰撞危险度建模105

6.3受限水域船舶相对领域模型验证106

6.3.1基于烟花算法的局部路径规划106

6.3.2实船实验验证111

6.3.3仿真实验验证113

第7章智能船自主避碰类人思维的序贯决策链建构118

7.1自主避碰类人思维序贯决策链建构118

7.1.1船舶会遇场景分类118

7.1.2类人思维序贯决策链建构118

7.2序贯决策链的验证130

7.2.1实验设计130

7.2.2实验数据处理131

7.3实验过程及结果讨论132

7.3.1实验过程132

7.3.2结果讨论137

第8章智能船局部路径规划141

8.1基于粒子群加速计算和动态很优控制的智能船局部路径规划方法141

8.1.1局部路径优化问题构建141

8.1.2问题求解145

8.1.3验证及结果分析149

8.2基于态势推演并考虑COLREGS约束的智能船局部路径规划方法152

8.2.1基于态势推演的局部路径规划方法152

8.2.2方法验证159

8.2.3讨论170

第9章空-天-岸-船协同架构下的航行数据传输及船舶辨识173

9.1基于改进Blowfish算法的数据加密173

9.1.1数据传输系统需求分析173

9.1.2系统架构方法173

9.1.3SHA-1算法加密方法174

9.1.4改进Blowfish加密算法180

9.1.5算法验证183

9.2智能船岸基操控视频数据自适应传输技术185

9.2.1码率控制方法185

9.2.2视频自适应码率控制187

9.2.3算法验证189

9.2.4岸基操控案例192

9.3空-天-岸-船协同运算案例193

9.3.1基于无人机的船舶辨识194

9.3.2算法验证198

9.3.3无人机-船舶协同运算的船舶辨识203

9.3.4算法验证204

第10章类脑智能船舶自主航行中枢决策系统构建与应用206

10.1自主航行中枢决策系统构建206

10.1.1系统概述206

10.1.2系统架构207

10.2实船测试及应用211

附录狭窄水域作用粒度模糊推理规则216

参考文献229

内容简介

利用人类大脑在思维和决策方面的优势，将类脑智能植入船舶中，使船舶拥有认知、决策更高等级的具身智能，是智能船舶研究领域的前沿和热点。本书将在全面总结国内外相关研究现状及发展趋势的基础上，深入探讨类脑智能船舶自主航行的关键理论与方法，着重介绍作者在这一领域的近期新研究成果，主要内容包括：智能船近海全局航线规划、智能船远洋全局气象航线动态优化、基于有限理性博弈的多船复杂会遇态势预测、受限水域船舶集群态势复杂性分析与数学表达、受限水域船舶相对领域及碰撞危险度建模、智能船自主避碰类人思维的序贯决策链建构、智能船局部路径规划、空-天-岸-船协同架构下的航行数据传输及船舶辨识、类脑智能船舶自主航行中枢决策系统构建与应用。本书秉承科学规范的原则，对内容涉及的实验组织、数据采集与处理、模型验证等技术方案进行详细阐述，并提供相关参考文献，供希望深入学习的读者参考。

本书可为船舶与海洋工程、航海技术、海事管理、交通运输工程、控制科学与工程、信息与通信工程、机械工程、智能制造等多个学科及交叉领域从事智能船舶自主航行、遥控驾驶、海工装备等研究的技术人员提供参考，也可作为相关专业的硕博士研究生和高年级本科生教材。

作者简介

王晓原，青岛科技大学机电工程学院教授,山东省人民政府学科评议专家、山东省高层次人才（评审颁发类）、青岛市创新创业领军人才、青岛市高层次人才（评审颁发类）、智慧航海（青岛）首席专家。主持国家和省部级以上课题12项，参与13项；主持其他课题40余项。发表SSCI/SCI/EI/ CSSCI论文100余篇，中文核心90余篇；出版著作12部。国家授权发明专利67项，软件著作权31项。获教育部科技成果优秀奖（第八位）、山东省软科学优秀成果二等奖1项（第一位）、山东省教委社会科学科技进步二等奖1项（第一位）、山东省教委自然科学科技进步三等奖2项（第一、二位各1项）、WTC2018优秀论文奖，2017年获“振兴淄博五一劳动奖章”。先后担任中国交通运输协会青科委常委，中国电子学会智能交通委员会特聘专家，清华大学汽车安全与节能国家重点实验室与“车联网”教育部-中国移动联合实验室客座研究员，美国Rensselaer Polytechnic Institute (RPI)访问学者，国家及国内多个省市重点研发与基金项目评审专家、国际国内多个期刊及国际会议的编委&编辑&审稿专家和学术委员会成员等。曾任山东省党外知识分子联络员、政协淄博市9、10、11届政协委员、淄博市人民政府重大行政决策咨询委员、城乡规委&交通&公安系统特聘专家，淄博市高层次人才、山东理工大学知联会副会长兼秘书长。

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??1.前沿技术深度融合??：首次系统提出类脑智能与船舶自主航行的交叉理论框架，突破传统路径规划与决策模式，开创性构建"中枢决策系统"仿生架构。 ??2.全场景解决方案??：覆盖近海/远洋航线规划、多船博弈预测、受限水域集群控制等9大核心场景，提供从理论建模到实船验证的完整技术链条。 ??3.产学研结合典范??：基于国家重点研发计划成果，包含多个智能船舶真实实验案例，特别公开空-天-岸-船协同加密传输等军工级技术细节。 ?4.?多学科交叉指南??：“有限理性博弈”“类人思维决策链”等方法论，为船舶工程、智能交通、自动控制等领域研究者提供跨界研究范式。