基于智能優(yōu)化算法的船舶人員疏散問題研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代船舶系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為具有龐大體積、船載人員眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)的的大型系統(tǒng)。一旦船體發(fā)生意外境況，如果不進(jìn)行合理的規(guī)劃處理，會(huì)造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會(huì)科技的發(fā)展人們需求的提升，海事安全受到了極大的關(guān)注，船舶環(huán)境下的人員安全問題被提升到了嶄新的高度。在突發(fā)情況下研究如何快速有效的將眾多船載人員疏散到安全區(qū)域成為眾多學(xué)者關(guān)注的難題。然而船舶環(huán)境下的人員疏散問題研究并不成熟，尚沒有形成合理、系統(tǒng)、正規(guī)的疏散體

2、系。人員疏散問題的模型大多來源于陸地火災(zāi)疏散以及大型場(chǎng)館的緊急疏散，缺乏海洋環(huán)境背景，模擬結(jié)果缺乏說服力。本文主要研究船舶環(huán)境下的人員疏散問題，從疏散模擬基礎(chǔ)、疏散模型設(shè)計(jì)、人員行為分析、測(cè)試場(chǎng)景模擬四個(gè)方面研究船舶的人員疏散問題。并且為了解決大型人員疏散問題嘗試引入現(xiàn)代智能優(yōu)化算法的思想設(shè)計(jì)疏散模型以及方法，同時(shí)完善船舶環(huán)境下算法的理論基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的船舶人員疏散體系提供新的思路。主要的工作可以概括為如下：
　　1、分析總

3、結(jié)了船舶人員疏散方向的研究成果。通過對(duì)經(jīng)典算法的解析以及對(duì)世界范圍內(nèi)學(xué)者的最新研究成果的闡述，總結(jié)模擬船舶人員疏散問題的四個(gè)要素結(jié)構(gòu)，環(huán)境，過程和行為。從四要素出發(fā)分層次建立船舶人員疏散模擬體系。
　　2、建立用于描述整體船舶人員疏散的精確數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)已有的人員疏散模型及其空間建模技術(shù)的深入研究和分析，結(jié)合船舶人員疏散的宏觀性以及微觀性，提出了船舶人員疏散精確數(shù)學(xué)模型。同時(shí)在保留船舶基本信息的前提下，通過船體拓?fù)湫畔⒌霓D(zhuǎn)化，將

4、復(fù)雜的艙室結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為圖論中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，給出了一種有效的船體信息轉(zhuǎn)化方法，方便設(shè)計(jì)人員的疏散方案。
　　3、建立基于鄰域PSO的人員微觀行為模擬模型。通過對(duì)海洋突發(fā)環(huán)境下人員行為的研究，將船舶環(huán)境融入到行為模型中，綜合考慮了人員的健康程度、行走能力、環(huán)境感知程度等大量的個(gè)體差異因素，建立了基于粒子群優(yōu)化算法模擬船舶人員微觀行為的模型。將粒子群優(yōu)化算法中的粒子看成疏散過程中的個(gè)體，結(jié)合其自身的環(huán)境感知能力、學(xué)習(xí)能力以及粒子的社會(huì)屬性來

5、模擬人員的疏散過程，能高效模擬緊急情況下的人員疏散行為。同時(shí)進(jìn)行了理論完善，嚴(yán)格證明了在論文環(huán)境下算法的收斂性能，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說服力。
　　4、提出了基于時(shí)間序列分析的船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法。海洋環(huán)境下的人員疏散同陸地情況下的最大區(qū)別在于疏散環(huán)境是否固定。船舶人員疏散過程中船舶存在六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，船身存在傾斜以及震動(dòng)情況。眾多學(xué)者的研究結(jié)果表明，不考慮船舶的運(yùn)動(dòng)情況人員疏散的模擬是沒有任何意義的。通過基于時(shí)間序列分析的建模方法，能夠

6、時(shí)時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)船舶的運(yùn)動(dòng)情況，預(yù)測(cè)自由度運(yùn)動(dòng)角度。結(jié)果具有很高的精度，將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)加入到人員疏散行為模型中，能真實(shí)反映緊急情況下的人員疏散行為，增強(qiáng)模擬效果的說服力和準(zhǔn)確性。
　　5、提出了一種基于概率全局遍歷的人員路徑選擇方法。為描述疏散過程中人與人之間的相互作用，提出一種新的路徑選擇算法。用疏散網(wǎng)格綜合吸引力概率和個(gè)體網(wǎng)格占有力概率來描述船舶人員的疏散過程，解決了人員路線選擇和競(jìng)爭(zhēng)沖突兩個(gè)問題。增加人員社會(huì)因素及心理因素對(duì)疏散效

7、果的影響。
　　6、建立了船舶人員疏散多目標(biāo)模型，提出了一種新的解決多目標(biāo)問題的方法，用于模擬船舶人員疏散多目標(biāo)問題。設(shè)計(jì)人員疏散快速算法，提出了船舶人員疏散的多目標(biāo)模型，將疏散時(shí)間、人員沖突、疏散擁擠度作為指標(biāo)綜合考慮人員疏散的效果。使得模擬疏散方案能綜合考慮各種因素更加的合理。提出了一種新的多目標(biāo)優(yōu)化算法，基于灰色系統(tǒng)理論的多目標(biāo)蟻群算法。將灰色關(guān)聯(lián)度分析加入到外部檔案的維護(hù)原則中，能有效的解決大型船舶的多目標(biāo)人員疏散難題，增

8、強(qiáng)多目標(biāo)疏散模型的適用范圍。
　　7、基于IMO測(cè)試場(chǎng)景以及某船型的真實(shí)疏散問題，應(yīng)用本文提出的疏散模擬體系進(jìn)行了大量的疏散模擬實(shí)驗(yàn)。從疏散結(jié)果中分析本文方法的適用性，能給出大型船舶人員的路徑疏散模擬方案，以及主要的疏散模擬參數(shù)，結(jié)果符合 IMO海事疏散指南中的規(guī)定。從模擬實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證本文提出疏散模擬體系的科學(xué)性。
　　本文研究的是基于智能優(yōu)化算法的船舶人員疏散問題，又是對(duì)于船舶疏散模型以及人員疏散算法的開發(fā)與設(shè)計(jì)，同時(shí)也是