船舶智能避碰决策作为实现智能船舶的关键技术之一,一直以来受到国内外航海研究领域学者的重点关注。为保证船舶智能避碰决策系统输出决策方案的合理性、有效性和可信性,需要在《国际海上避碰规则》和海员良好船艺要求下对船舶避碰及路径规划技术进行研究。目前研究存在的问题包括:未将局面辨识模型融入避碰算法中、未考虑《国际海上避碰规则》的要求以及船舶操纵性对避让效果的影响、路径规划算法的稳定性及输出方案实用性有待加强、多船避碰策略设计不合理导致船舶间避让方案协同性不足等。鉴于上述问题,论文主要开展以下几方面工作。为保证决策方案的合理性及提高决策的智能化程度,提出一种局面类型辨识方法,并以辨识结果作为约束条件对路径规划算法的优化方向进行限定。该方法基于《国际海上避碰规则》中关于会遇局面条款的定性描述以及前人开展的局面类型辨识研究为基础,分析及总结不同会遇态势下的船舶交会特征参数范围的基础上,结合局面类型划分的完整性和唯一性要求,采用敏感度分析方法删除无相关性的判断要素,利用布尔表达式技术将局面类型判断结果表达出来,随后基于避碰效率、海员通常做法以及良好船艺的要求,构建避让行动方式判断的特征指标,同样利用布尔表达式技术对不同会遇态势下负有避让义务的船舶避让策略进行表示。为提高避碰决策及路径规划算法的可靠性及优化效率,保证输出方案符合航海实践要求,提出考虑船舶操纵性影响的船舶转向和变速两种避碰决策方法,前者通过引入多种群协同进化搜索方式克服传统遗传优化转向决策算法中出现的早熟收敛问题,综合考虑航行规则的要求、船舶安全性以及复航等指标建立约束条件以及适应度函数,并利用非线性规划技术将航行经验融入到算法中,通过对对遇、小角度交叉以及追越三种不同会遇态势案例的仿真研究,验证转向避让决策算法的有效性;后者通过对船舶减速避让过程的分析,建立以DCPA为基础的复航时机判断方法,采用数值优化方法求取满足安全要求的主机转速值,确定船舶复航操作的时机和位置,通过对大角度交叉会遇案例的仿真研究,验证变速避让决策模型的有效性。为保证多船会遇态势下船舶间避让行动的协调性,基于排队论理论、协同学理论以及多层编码技术提出一种新的多船避碰决策及路径规划方法。该方法将一定范围内的所有船舶构成一个交通系统,将多船避碰决策过程模拟成船舶排队接受决策服务的随机服务系统,由于系统的状态向量由各船舶(子系统)的状态向量共同决定,基于空间碰撞危险度和时间碰撞危险度指标方式建立具有优先权的排队规则,并利用多层编码技术实现对处于第一优先级中船舶决策方案的协同优化,最后分别利用三船会遇和六船会遇案例的仿真研究,验证该多船避碰决策方法的有效性。这种多船避碰策略首次将避碰算法的优化对象由单艘船舶上升到满足要求的一类船舶,实现船舶间的共同协作,减少决策方案的盲目性和对抗性。基于《国际海上避碰规则》和海员通常做法针对开阔水域的船舶智能避碰及路径规划技术进行了深入研究,从决策对象确立的合理性、决策模型的可靠性以及输出决策方案的适用性角度提出一种实用的避碰决策方法,基于不同会遇态势下的决策仿真,验证所提出避碰算法的有效性。与以往的研究方法相比,所提出的方法得到的决策方案更加符合航海实践并保证各船舶间避让行动间的协调性,该研究丰富了船舶避碰决策的理论基础和技术手段,对实现智能避碰决策具有较好的理论意义和应用价值。