Framework of an Evolutionary Multi-Objective Optimisation Method for Planning a Safe Trajectory for a Marine Autonomous Surface Ship - Publikacja - MOST Wiedzy

Twoje konto

zaloguj

Wyszukiwarka

Framework of an Evolutionary Multi-Objective Optimisation Method for Planning a Safe Trajectory for a Marine Autonomous Surface Ship

Abstrakt

This paper represents the first stage of research into a multi-objective method of planning safe trajectories for marine autonomous surface ships (MASSs) involved in encounter situations. Our method applies an evolutionary multi-objective optimisation (EMO) approach to pursue three objectives: minimisation of the risk of collision, minimisation of fuel consumption due to collision avoidance manoeuvres, and minimisation of the extra time spent on collision avoidance manoeuvres. Until now, a fully multi-objective optimisation has not been applied to the real-time problem of planning safe trajectories; instead, this optimisation problem has usually been reduced to a single aggregated cost function covering all objectives. The aim is to develop a method of planning safe trajectories for MASSs that is able to simultaneously pursue the three abovementioned objectives, make decisions in real time and without interaction with a human operator, handle basic types of encounters (in open or restricted waters, and in good or restricted visibility) and guarantee compliance with the International Regulations for Preventing Collisions at Sea. It should also be mentioned that optimisation of the system based on each criterion may occur at the cost of the others, so a reasonable balance is applied here by means of a configurable trade-off. This is done throughout the EMO process by means of modified Pareto dominance rules and by using a multi-criteria decision-making phase to filter the output Pareto set and choose the final solution.

Cytowania

  • 2 0

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 2 3

    Scopus

Autorzy (2)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 32 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY-NC-ND otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
Polish Maritime Research nr 26, strony 69 - 80,
ISSN: 1233-2585
Język:
angielski
Rok wydania:
2019
Opis bibliograficzny:
Szłapczyński R., Ghaemi M.: Framework of an Evolutionary Multi-Objective Optimisation Method for Planning a Safe Trajectory for a Marine Autonomous Surface Ship// Polish Maritime Research -Vol. 26,iss. 4(104) (2019), s.69-80
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.2478/pomr-2019-0068
Bibliografia: test
  1. Bechikh, S., M. Kessentini, L. Ben Said, K. Ghédira: Preference Incorporation in Evolutionary Multiobjective Optimization: A Survey of the State-of-the-Art, Adv. Comput. 98 (2015) 141-207. otwiera się w nowej karcie
  2. Bertaska, I.R., B. Shah, K. Von Ellenrieder, P. Švec, W. Klinger, A.J. Sinisterra, M. Dhanak, S.K. Gupta: Experimental evaluation of automatically-generated behaviors for USV operations, Ocean Eng. 106 (2015) 496-514. otwiera się w nowej karcie
  3. Branke, J., T. Kaußler, H. Schmeck: Guidance in evolutionary multi-objective optimization, Adv. Eng. Softw. 32 (2001) 499-507. otwiera się w nowej karcie
  4. Burmeister, H.-C., W. Bruhn, Ø.J. Rødseth, T. Porathe: Autonomous Unmanned Merchant Vessel and its Contribution towards the e-Navigation Implementation: The MUNIN Perspective, Int. J. e-Navigation Marit. Econ. 1 (2014) 1-13. otwiera się w nowej karcie
  5. Campbell, S., W. Naeem, G.W. Irwin: A review on improving the autonomy of unmanned surface vehicles through intelligent collision avoidance manoeuvres, Annu. Rev. Control. 36 (2012) 267-283. otwiera się w nowej karcie
  6. Chroni, Dionysia & Liu, Shukui & Plessas, Timoleon & Papanikolaou, Apostolos. (2015). Simulation of the maneuvering behavior of ships under the influence of environmental forces. (2015) 111-120. DOI: 10.1201/b18855-16. otwiera się w nowej karcie
  7. Cockcroft, A.N., Lameijer J.N.F.: A guide to the collision avoidance rules: international regulations for preventing collisions at sea, Elsevier, 2012. otwiera się w nowej karcie
  8. Fossen, T.I.: Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2011. otwiera się w nowej karcie
  9. Hermann, D., R. Galeazzi, J.C. Andersen, M. Blanke: Smart sensor based obstacle detection for high-speed unmanned surface vehicle, IFAC-PapersOnLine. 28 (2015) 190-197. otwiera się w nowej karcie
  10. IMO: Resolution MSC.252(83) Adoption of the Revised Performance Standards for Integrated Navigation Systems (INS), Imo -Msc. 252 (2007) 1-49. otwiera się w nowej karcie
  11. ITTC: Final Report and Recommendations to the 24th ITTC. 24th International Towing Tank Conference, 2005. otwiera się w nowej karcie
  12. Jakob, W., C. Blume: Pareto optimization or cascaded weighted sum: A comparison of concepts, Algorithms. 7 (2014) 166-185. otwiera się w nowej karcie
  13. Jingsong, Z., W. Price: Automatic collision avoidance systems: Towards 21st century, in: Dep. Sh. Sci., 2008: pp. 1-10.
  14. Kazimierski, W., A. Stateczny: Radar and Automatic Identification System Track Fusion in an Electronic Chart Display and Information System, J. Navig. 68 (2015) 1141-1154. otwiera się w nowej karcie
  15. Kazimierski, W., G. Zaniewicz, A. Stateczny: Verification of multiple model neural tracking filter with ship's radar, in: 2012 13th Int. Radar Symp., IEEE, 2012: pp. 549-553. otwiera się w nowej karcie
  16. Krata, P., J. Szlapczynska: Ship weather routing optimization with dynamic constraints based on reliable synchronous roll prediction, Ocean Eng. 150 (2018) 124-137. otwiera się w nowej karcie
  17. Lazarowska, A.: A new deterministic approach in a decision support system for ship's trajectory planning, Expert Systems with Applications, Volume 71, 2017, Pages 469-478, ISSN 0957-4174 otwiera się w nowej karcie
  18. Lee, H.-Y., S.-S. Shin: The Prediction of ship's manoeuvring performance In initial design stage, PRADS Pr. Deisgn Ships Mob. Units. (1998) 666-639. otwiera się w nowej karcie
  19. Li, K., K. Deb, X. Yao: R-Metric: Evaluating the Performance of Preference-Based Evolutionary Multi-Objective Optimization Using Reference Points, IEEE Trans. Evol. Comput. 22 (2017) 821-835. otwiera się w nowej karcie
  20. Li, W., W. Ma: SIMULATION ON VESSEL INTELLIGENT COLLISION AVOIDANCE, Polish Marit. Res. 23 (2016) 138-143. otwiera się w nowej karcie
  21. Lisowski, J.: Optimization-Supported Decision-Making in the Marine Game Environment, in: Mechatron. Syst. Mech. Mater. II, Trans Tech Publications, 2014: pp. 215-222. otwiera się w nowej karcie
  22. Lisowski, J.: Analysis of Methods of Determining the Safe Ship Trajectory, TransNav, Int. J. Mar. Navig. Saf. Sea Transp. 10 (2016) 223-228. otwiera się w nowej karcie
  23. Man, Y., M. Lundh, T. Porathe, S. MacKinnon: From Desk to Field -Human Factor Issues in Remote Monitoring and Controlling of Autonomous Unmanned Vessels, Procedia Manuf. 3 (2015) 2674-2681. otwiera się w nowej karcie
  24. Naeem, W., S.C. Henrique, L. Hu: A Reactive COLREGs- Compliant Navigation Strategy for Autonomous Maritime Navigation, IFAC-PapersOnLine. 49 (2016) 207-213. otwiera się w nowej karcie
  25. Olszewski, H., H. Ghaemi: New concept of numerical ship motion modelling for total ship operability analysis by integrating ship and Environment Under One Overall System, Polish Marit. Res. 25 (2018) 36-41. otwiera się w nowej karcie
  26. Papanikolaou, A., N. Fournarakis, D. Chroni, S. Liu: Simulation of the Maneuvering Behavior of Ships in Adverse Weather Conditions, 212 (2016) 11-16.
  27. Perera, L.P., J.P. Carvalho, C.. Guedes Soares: Autonomous guidance and navigation based on the COLREGs rules and regulations of collision avoidance, Adv. Sh. Des. Pollut. Prev. (2010) 205-216. otwiera się w nowej karcie
  28. Perera, L.P., L. Moreira, F.P. Santos, V. Ferrari, S. Sutulo, C. Guedes Soares: A navigation and control platform for real- time manoeuvring of autonomous ship models, IFAC, 2012. otwiera się w nowej karcie
  29. Perera, L.P., C.G. Soares: Weather routing and safe ship handling in the future of shipping, Ocean Eng. 130 (2017) 684-695. otwiera się w nowej karcie
  30. Polvara, R., S. Sharma, J. Wan, A. Manning, R. Sutton: Obstacle Avoidance Approaches for Autonomous Navigation of Unmanned Surface Vehicles, J. Navig. (2017) 1-16. otwiera się w nowej karcie
  31. Praczyk, T.: Neural anti-collision system for Autonomous Surface Vehicle, Neurocomputing. 149 (2015) 559-572. otwiera się w nowej karcie
  32. Stateczny, A.: Neural Manoeuvre Detection of the Tracked Target in ARPA Systems, IFAC Proc. Vol. 34 (2001) 209-214. otwiera się w nowej karcie
  33. Szłapczynska, J.: Multi-objective Weather Routing with Customised Criteria and Constraints, J. Navig. 68 (2015) 338-354. otwiera się w nowej karcie
  34. Szlapczynski, R.: A new method of planning collision avoidance manoeuvres for multi-target encounter situations, J. Navig. 61 (2008) 307-321. otwiera się w nowej karcie
  35. Szlapczynski, R.: Evolutionary planning of safe ship tracks in restricted visibility, J. Navig. 68 (2015) 39-51. otwiera się w nowej karcie
  36. Szlapczynski, R., J. Szlapczynska: A Simulative Comparison of Ship Domains and Their Polygonal Approximations, TransNav, Int. J. Mar. Navig. Saf. Sea Transp. 9 (2015) 135-141. otwiera się w nowej karcie
  37. Szlapczynski, R., J. Szlapczynska: A Target Information Display for Visualising Collision Avoidance Manoeuvres in Various Visibility Conditions, J. Navig. 68 (2015) 1041-1055. Brought to you by | Gdansk University of Technology otwiera się w nowej karcie
  38. Szlapczynski, R., J. Szlapczynska: A method of determining and visualizing safe motion parameters of a ship navigating in restricted waters, Ocean Eng. 129 (2017) 363-373. otwiera się w nowej karcie
  39. Tsou, M.C.: Integration of a geographic information system and evolutionary computation for automatic routing in coastal navigation, J. Navig. 63 (2010) 323-341. otwiera się w nowej karcie
  40. Tsou, M.C.: Multi-target collision avoidance route planning under an ECDIS framework, Ocean Eng. 121 (2016) 268-278. otwiera się w nowej karcie
  41. Utyuzhnikov, S. V., P. Fantini, M.D. Guenov: A method for generating a well-distributed Pareto set in nonlinear multiobjective optimization, J. Comput. Appl. Math. 223 (2009) 820-841. otwiera się w nowej karcie
  42. Woerner, K., M.R. Benjamin, M. Novitzky, J.J. Leonard: Quantifying protocol evaluation for autonomous collision avoidance: Toward establishing COLREGS compliance metrics, Auton. Robots. (2018) 1-25. otwiera się w nowej karcie
  43. Wrobel, K., P. Krata, J. Montewka, T. Hinz: Towards the Development of a Risk Model for Unmanned Vessels Design and Operations, Int. J. Mar. Navig. Saf. Sea Transp. 10 (2016) 267-274. otwiera się w nowej karcie
  44. Wróbel, K., J. Montewka, P. Kujala: Towards the assessment of potential impact of unmanned vessels on maritime transportation safety, Reliab. Eng. Syst. Saf. 165 (2017) 155-169. otwiera się w nowej karcie
  45. Zeraatgar, H., M.H. Ghaemi: The Analysis of Overall Ship Fuel Consumption in Acceleration Manoeuvre Using Hull- Propeller-Engine Interaction Principles and Governor Features, Polish Marit. Res. 26 (2019) 162-173. otwiera się w nowej karcie
  46. Zhang, Z., C. Lee: Multiobjective Approaches for the Ship Stowage Planning Problem Considering Ship Stability and Container Rehandles, IEEE Trans. Syst. Man, Cybern. Syst. 46 (2016) 1374-1389. otwiera się w nowej karcie
  47. Zhao-Lin, W.: Quantification of Action to Avoid Collision, J. Navig. 37 (1984) 420-430. otwiera się w nowej karcie
  48. Zhou, K., J. Chen, X. Liu: Optimal Collision-Avoidance Manoeuvres to Minimise Bunker Consumption under the Two-Ship Crossing Situation, J. Navig. (2019) 151-168. otwiera się w nowej karcie
  49. Zitzler, E., M. Laumanns, L. Thiele: {SPEA2}: Improving the {S}trength {P}areto {E}volutionary {A}lgorithm, EUROGEN 2001. Evol. Methods Des. Optim. Control with Appl. to Ind. Probl. (2002) 95-100.
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 147 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Evolutionary Sets Of Safe Ship Trajectories: A New Approach To Collision Avoidance

2011

Evolutionary sets of safe ship trajectories with speed reduction manoeuvres within traffic separation schemes

2014

Ship domain applied to determining distances for collision avoidance manoeuvres in give-way situations

2018

Preference-based evolutionary multi-objective optimization in ship weather routing

2019
Meta Tagi