船舶機(jī)艙協(xié)作式模擬訓(xùn)練智能評價(jià)方法研究.pdf

1、根據(jù)我國建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《中國船員發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，提出了推進(jìn)船員實(shí)操評估電子化、智能化的任務(wù)。目的是以規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的船員適任能力評估，促進(jìn)船員素質(zhì)的提高，減少人為因素導(dǎo)致的船舶機(jī)艙事故的發(fā)生，保障海上交通安全。論文以船舶機(jī)艙協(xié)作式模擬訓(xùn)練智能評價(jià)方法的研究為主線，研究并改進(jìn)了船員實(shí)操訓(xùn)練模式和仿真訓(xùn)練評估系統(tǒng)，完善了船舶機(jī)損事故在訓(xùn)練和評價(jià)中的應(yīng)用及輪機(jī)模擬器的效能評價(jià)體系。主要的研究工作如

2、下:
　　為滿足機(jī)艙資源管理這一新的強(qiáng)制性適任標(biāo)準(zhǔn)的特殊要求，論文基于“人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程”方法建立了新的船舶機(jī)艙模擬訓(xùn)練和評估模式;提出了船舶的“角色-任務(wù)-資源”系統(tǒng)協(xié)作訓(xùn)練模型和駕機(jī)聯(lián)動(dòng)式任務(wù)型協(xié)作訓(xùn)練模式，克服了傳統(tǒng)的輪機(jī)模擬器在“全任務(wù)綜合”培訓(xùn)和“客觀”評估方面的欠缺。對船舶機(jī)損事故案例的原因進(jìn)行挖掘分析，給出了機(jī)損事故、人誤因素和資源管理因素之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)典型的情景和任務(wù)，改進(jìn)評價(jià)體系，在訓(xùn)練和評估中側(cè)重培訓(xùn)機(jī)艙

3、人員防止船舶機(jī)損事故發(fā)生的能力。尤其是對于缺少實(shí)船服務(wù)經(jīng)歷的航海院校學(xué)生具有很好的實(shí)用效果，滿足了“管理型”和“技能型”高素質(zhì)船員訓(xùn)練和評估的需要。
　　在基于輪機(jī)模擬器的自動(dòng)綜合評估的基礎(chǔ)上，將智能算法引入船舶機(jī)艙實(shí)操訓(xùn)練的評估，提出了一種改進(jìn)的基于遺傳算法優(yōu)化的智能綜合評價(jià)方法。該方法包括建立駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬的評估知識庫，構(gòu)造評估指標(biāo)隸屬度函數(shù)庫和不同需求下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，采用熵權(quán)法和歷史評估數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整評估指標(biāo)的權(quán)重并利用遺傳算

4、法優(yōu)化，根據(jù)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)檢測結(jié)果和隸屬度函數(shù)得出模糊關(guān)系矩陣，經(jīng)多重模糊綜合評判得出評估結(jié)果。在實(shí)例中對遺傳算法優(yōu)化的效果進(jìn)行了對比分析，經(jīng)遺傳算法優(yōu)化的評價(jià)結(jié)果誤差明顯較小。經(jīng)初步實(shí)踐表明，該評估結(jié)果比較客觀，所提出的評估方法符合實(shí)際需求。
　　為進(jìn)一步提高船舶機(jī)艙實(shí)操訓(xùn)練評估的智能性和客觀性，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)的技術(shù)研究輪機(jī)實(shí)操智能評估的回歸問題，提出了基于深度學(xué)習(xí)的智能評價(jià)方法。采用稀疏自動(dòng)編碼器(SAE)對大量數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行特征

5、變換，深入學(xué)習(xí)樣本特征并用于分類評價(jià)，經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練后得到較好的評價(jià)模型。針對輪機(jī)實(shí)操評估的特點(diǎn)，給出了確定深度信念網(wǎng)絡(luò)(DBN)層次結(jié)構(gòu)的具體方法。通過逐層貪婪訓(xùn)練算法對限制玻爾茲曼機(jī)逐層訓(xùn)練，最后經(jīng)BP算法對網(wǎng)絡(luò)微調(diào)后形成評估模型。在仿真實(shí)驗(yàn)中分別對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、帶回歸模塊的SAE和DBN評估模型的預(yù)測效果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，基于DBN的評估模型的最大誤差為2.45分，最小誤差為0.09分，各項(xiàng)誤差均最小。DBN模型避免了普通

6、的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能過早陷入局部最優(yōu)的問題。該方法適用于結(jié)合輪機(jī)模擬器、自動(dòng)化機(jī)艙或智能化實(shí)船機(jī)艙開展的輪機(jī)實(shí)操智能評估，是具有較好應(yīng)用前景的方法，填補(bǔ)了深度學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于船舶機(jī)艙實(shí)操訓(xùn)練智能評估的研究空白。
　　在參與輪機(jī)模擬器性能標(biāo)準(zhǔn)的編制工作的基礎(chǔ)上，研究了輪機(jī)模擬器效能評價(jià)體系，提出基于云模型的輪機(jī)模擬器效能評價(jià)方法。通過計(jì)算加權(quán)偏離度衡量云重心的變化值，對某型號的VLCC輪機(jī)模擬器進(jìn)行分析評價(jià)，為我國的輪機(jī)模擬器的認(rèn)證提供