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)復雜等特點的的大型系統(tǒng)。一旦船體發(fā)生意外境況，如果不進行合理的規(guī)劃處理，會造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。隨著社會科技的發(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疏散以及大型場館的緊急疏散，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、疏散模型設計、人員行為分析、測試場景模擬四個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)化算法的思想設計疏散模型以及方法，同時完善船舶環(huán)境下算法的理論基礎，為設計高效穩(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。通過對經(jīng)典算法的解析以及對世界范圍內(nèi)學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)學模型。通過對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)學模型。同時在保留船舶基本信息的前提下，通過船體拓撲信息的轉(zhuǎn)化，將

4、復雜的艙室結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為圖論中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，給出了一種有效的船體信息轉(zhuǎn)化方法，方便設計人員的疏散方案。
　　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體，結(jié)合其自身的環(huán)境感知能力、學習能力以及粒子的社會屬性來

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。同時進行了理論完善，嚴格證明了在論文環(huán)境下算法的收斂性能，增強實驗結(jié)果的說服力。
　　4、提出了基于時間序列分析的船舶運動預測方法。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自由度的運動，船身存在傾斜以及震動情況。眾多學者的研究結(jié)果表明，不考慮船舶的運動情況人員疏散的模擬是沒有任何意義的。通過基于時間序列分析的建模方法，能夠

6、時時準確的預測船舶的運動情況，預測自由度運動角度。結(jié)果具有很高的精度，將預測數(shù)據(jù)加入到人員疏散行為模型中，能真實反映緊急情況下的人員疏散行為，增強模擬效果的說服力和準確性。
　　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爭沖突兩個問題。增加人員社會因素及心理因素對疏散效

7、果的影響。
　　6、建立了船舶人員疏散多目標模型，提出了一種新的解決多目標問題的方法，用于模擬船舶人員疏散多目標問題。設計人員疏散快速算法，提出了船舶人員疏散的多目標模型，將疏散時間、人員沖突、疏散擁擠度作為指標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優(yōu)化算法，基于灰色系統(tǒng)理論的多目標蟻群算法。將灰色關(guān)聯(lián)度分析加入到外部檔案的維護原則中，能有效的解決大型船舶的多目標人員疏散難題，增

8、強多目標疏散模型的適用范圍。
　　7、基于IMO測試場景以及某船型的真實疏散問題，應用本文提出的疏散模擬體系進行了大量的疏散模擬實驗。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。從模擬實驗角度驗證本文提出疏散模擬體系的科學性。
　　本文研究的是基于智能優(yōu)化算法的船舶人員疏散問題，又是對于船舶疏散模型以及人員疏散算法的開發(fā)與設計，同時也是