一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法。(1)对影响船舶漂移的因素进行纳什均衡处理；(2)在三维可视化软件Unity3D中输入经过步骤(1)的纳什均衡处理过的信息；(3)利用蒙特卡洛方法获取漂移物初始概率分布图；(4)求取在纳什均衡状态的漂移速度；(5)基于漂移速度，利用粒子重投方法结合漂移时间，经过模型计算，求出船舶的2D漂移路径；(6)将船舶的2D漂移路径转换为3D的漂移轨迹并显示。本发明专利技术巧妙的结合了纳什均衡理论与粒子重投方法，既考虑了多个影响因素又因为信息的及时更新会使漂移轨迹更加接近真实的漂移路径，然后有效的提高船舶漂移轨迹的拟合度。本发明专利技术能输出更加精确的漂移路径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法
本专利技术涉及的是一种海上船舶漂移路径预测的方法，具体涉及一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径的预测方法。
技术介绍
随着我国社会经济的蓬勃发展，海上运输变得愈加繁忙，这也就导致海上事故的发生概率大大的增加。因此建立一个合理的海上搜救目标可以保障快速的搜救海上事故失踪人员和丢失的货物，切实保障海上运输的安全。要实现海上搜救合理主要就是要能做到海上搜寻的区域真实准确，海上搜救资源的运用合理高效，因此，找到和实现快速、准确的海上搜救方法是保障海上运输面临的首要问题。对于船舶失事位置和漂移轨迹的计算和预测，传统方法是通过海图、经验进行纸面计算，效率比较低下。针对影响船舶漂移的因素和船舶漂移路径的研究都是建立船舶漂移模型的基础，国内现有的漂移模型主要是理论模型，即建立模型然后进行验证，使用VB和MATLAB实行可视化，但是实际应用于现实的难度颇大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够提高海上搜救的效率的基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法本专利技术的目的是这样实现的：(1)对影响船舶漂移的因素进行纳什均衡处理，使船舶漂移达到纳什均衡状态，所述影响船舶漂移的因素包括风、流、波浪、湍流以及船舶自身属性；(2)在三维可视化软件Unity3D中输入经过步骤(1)的纳什均衡处理过的信息；(3)利用蒙特卡洛方法获取漂移物初始概率分布图；(4)求取在纳什均衡状态的漂移速度这里v指的是处于纳什均衡状态的船舶漂移模型的漂移速度，a'为处于纳什均衡状态的加速度，v0为船舶的初始速度；(5)基于漂移速度，利用粒子重投方法结合漂移时间，经过模型计算，求出船舶的2D漂移路径；(6)将船舶的2D漂移路径转换为3D的漂移轨迹，更加形象的显示。本专利技术还可以包括：1、粒子重投方法具体包括，输入：漂移粒子初始信息、漂移时间，漂移粒子初始信息包括风场、流场和船舶自身属性；输出：漂移路径；步骤5.1：输入或者读取漂移粒子初始信息，获取粒子初始概率分布图；步骤5.2：输入粒子漂移时间，分析粒子漂移状态；步骤5.3：对粒子漂移状态进行纳什均衡处理；步骤5.4：判断粒子是否处于纳什均衡状态，如果是执行步骤5.5；否则执行步骤5.3；步骤5.5：判断是否需要对粒子漂移时间进行分割，如果是执行步骤5.6；如果不是执行步骤5.9；步骤5.6：将漂移时间分为n份，顺序地对这些时间段内的粒子进行信息更新；步骤5.7：将每份时间段内的漂移路径顺序输出；步骤5.8：判断输出的时间组合是否完整，如果是执行步骤5.9，如果不满足条件直接执行步骤5.10；步骤5.9：输出完整的漂移路径；步骤5.10：算法结束。2、经过模型计算中，漂移物体的漂移最终模型：其中ε是风压扰动和流场风场扰动的和，t1,t2...,tn代表的是飘移时间被分为n份，表示第n段时间时，粒子在更新了第n-1段时间内新的信息以后依靠纳什均衡状态受力情况和初始概率分布图获得的漂移路径。本专利技术提供了一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径的预测方法。本专利技术首次采用纳什均衡方法处理影响因素，并提出粒子重投方法来生成漂移路径。因此将高效安全的计算机仿真技术引入漂移路径的预测，不仅能够提高海上搜救的效率，同时还增加了失事船舶和人员获救的可能性。因此使用计算机仿真技术来解决海上搜救问题将提高我国的海上搜救能力，对于我国海洋事业的发展具有重要作用。本专利技术提出了一种三维可视化模型，再此模型的基础上使用Unity语言完成一个既能展现二维轨迹图片还能展现三维实际路径的可用系统，来增强漂移模型的可用性。对于海上失事后的船舶漂移，影响船舶漂移的因素的分析和处理以及用于预测漂移路径的漂移模型的建立都是至关重要的，针对影响船舶漂移的因素比较多，但是现有模型处理的因素比较少的问题，本专利技术将会引入纳什均衡方法，使用纳什均衡方法来处理多个因素之间的复杂关系，进而得到影响因素不均衡问题的最优解；针对传统方法对船舶漂移的初始信息处理不足，导致漂移路径的预测跟真实路径相差甚远，而且随着时间的增加，船舶漂移路径的拟合度迅速降低的问题，本专利技术提出了粒子重投仿真法。将整个漂移时间分为多段，每一段预测完以后进行信息更新，然后继续预测，持续整个漂移过程。本专利技术巧妙的结合了纳什均衡理论与粒子重投方法，既考虑了多个影响因素又因为信息的及时更新会使漂移轨迹更加接近真实的漂移路径，然后有效的提高船舶漂移轨迹的拟合度。本专利技术的优势在于：(1)首次将纳什均衡理论运用于漂移轨迹的预测，采用纳什均衡理论来处理影响船舶漂移的多个因素，包括通常方法不考虑的潮汐，波浪，湍流等因素，获得船舶漂移的速度最优解(2)第一次提出粒子重投方法生成漂移路径，将漂移总时间分为多段，每一段时间内都对信息进行及时更新，避免了随着漂移时间的增加，预测结果与实际结果的拟合度降低。本专利技术充分利用两个方法的优势，输出最后的更加精确的漂移路径。附图说明图1是本专利技术方法的框架图。图2是实验1不同方法生成路径对比图。图3是实验2不同方法生成路径对比图。图4是粒子重投方法流程图。具体实施方式下面举例对本专利技术做更详细的描述。本专利技术是一种海上船舶漂移路径的预测方法，分别对船舶漂移模型的影响因素和漂移轨迹技术进行分析和研究，首先，对于以往研究影响船舶漂移的因素过少，导致建立的船舶漂移模型预测结果不真实的问题，本专利技术提出用纳什均衡方法来处理影响船舶漂移的多个因素。以往研究影响船舶漂移的因素往往只有风场和流场两种因素，本专利技术在此基础上利用纳什均衡方法对波浪，湍流，自身材质和浸没比例等因素也进行研究，使船舶在漂移过程中达到纳什均衡状态，进而提高船舶漂移模型预测的准确性。其次，针对现有方法对船舶漂移路径预测拟合度低的问题，从分段预测的角度提出粒子重投方法来预测船舶的漂移路径。针对现有模型对船舶漂移轨迹的预测会随着时间的增加而导致拟合度迅速降低的问题，提出粒子重投方法来预测船舶的漂移路径。粒子重投方法将整个漂移时间分为多段，每一段预测完以后进行信息更新，然后继续预测，持续整个漂移过程，进而得到整段漂移路径。信息的及时更新会使漂移轨迹更加接近真实的漂移路径，有效的提高船舶漂移轨迹的拟合度。1、基于纳什均衡方法对船舶漂移影响因素的处理纳什均衡方法是处理多因素参与或者博弈问题应用最广泛的方法之一，但是在船舶漂移模型的建立上还没得到应用，本专利技术将使用纳什均衡方法对影响船舶漂移的因素进行处理。纳什均衡方法是多个参与者同时做出决策的问题的一种优化方法，只有参与的各方都做出一个对自己最有利的策略时，才可以达成纳什均衡。因此纳什均衡是最大限度地考虑各方影响因素而实现的一个各方最优的均衡的状态。N代表参与者的个数，表示N个参与者的决策变量，记x＝(x1，x2，...，xv，...，xN)。用xv表示第v个参与者的决策，用x-v表示x1,x2...xN其他参与者的决策，其中x-v＝(x1,x2,...,xv-1,xv+1,...,xN)。设xv的维数为nv，所以x的维数就可以表示为然后可以得到其他参与者的决策的维数为n-nv。可以用fv(xv,x-v)来表示纳什均衡的价值函数，求解纳什均衡问题就是求x*＝(x*,1,x*,2,...,x*,N)，所以对于每一个参与者v∈{1,...,N}，当x-v取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法，其特征是：(1)对影响船舶漂移的因素进行纳什均衡处理，使船舶漂移达到纳什均衡状态，所述影响船舶漂移的因素包括风、流、波浪、湍流以及船舶自身属性；(2)在三维可视化软件Unity3D中输入经过步骤(1)的纳什均衡处理过的信息；(3)利用蒙特卡洛方法获取漂移物初始概率分布图；(4)求取在纳什均衡状态的漂移速度

【技术特征摘要】
2018.04.11 CN 20181031862311.一种基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法，其特征是：(1)对影响船舶漂移的因素进行纳什均衡处理，使船舶漂移达到纳什均衡状态，所述影响船舶漂移的因素包括风、流、波浪、湍流以及船舶自身属性；(2)在三维可视化软件Unity3D中输入经过步骤(1)的纳什均衡处理过的信息；(3)利用蒙特卡洛方法获取漂移物初始概率分布图；(4)求取在纳什均衡状态的漂移速度这里v指的是处于纳什均衡状态的船舶漂移模型的漂移速度，a'为处于纳什均衡状态的加速度，v0为船舶的初始速度；(5)基于漂移速度，利用粒子重投方法结合漂移时间，经过模型计算，求出船舶的2D漂移路径；(6)将船舶的2D漂移路径转换为3D的漂移轨迹，更加形象的显示。2.根据权利要求1所述的基于纳什均衡的粒子重投漂移路径预测方法，其特征是粒子重投方法具体包括，输入：漂移粒子初始信息、漂移时间，漂移粒子初始信息包括风场、流场和船舶自身属性；输出：漂移路径；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东东，张菁，张天驰，陈甲森，段冰冰，赵珊珊，刘志民，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23