文摘

因为复杂的海洋环境中,水下航行安全汽车面临许多挑战和精确的导航。针对水下航行安全的要求,本文提出了一种水下海洋环境安全状况评价方法基于Dempster-Shafer (d - s证据理论)。首先,至关重要的海洋环境因素影响水下航行安全考虑,和小说基本概率赋值(BPA)施工方法的海洋环境因素提出了根据他们的特点。这时,一个新的转换方法的BPA决策概率提出应对不确定性的程度。此外,标准体重是BPA用于预处理,和d - s组合规则是用来获得评价结果融合预处理BPA。海洋环境安全状况指数是通过量化评价成绩。最后,实验结果表明,该方法在实际应用中具有优越的实用性和可靠性。

1。介绍

海洋是人类生存的主要资源。随着海洋开发和军事应用需求,水下航行器是一个功能强大的工具为人类探索和利用海洋,已成为世界科技强国的字段(美国、英国、日本等)为主发展(1]。为了获得更多的海洋利益,大量的智能水下机器人(auv和遥控车(器)是广泛应用于海洋调查、科学实验、资源勘探的意义。无论水下车辆的目的,航行安全是基本前提,使它们有效地完成各种任务。航行安全是受到许多海洋环境因素的影响,是密切相关的海洋环境的基本特征和分布的因素。海洋环境因素往往是“双刃剑”;他们不仅可以带来一些好处,但也可以给水下航行安全带来的挑战。如果海洋环境因素很好使用,他们可以提高水下车辆的作战效能。否则,他们会威胁到航行安全。长期探索(包括海洋调查、海洋研究、各种海洋观测仪器的场所,等等),人类有一定的知识和能力来控制海洋。但到目前为止,他们还没有完全有效和航行安全的问题解决水下车辆在复杂的海洋环境。 Even if underwater navigation technology has been quite advanced, navigation safety accidents of underwater vehicles happened frequently in recent years. The problem of underwater vehicles’ navigation safety has become the topic of common concern.

评价海洋环境(特别是水下环境)安全状况是非常重要的对于水下航行安全,提供客观、准确、定量评价结果和供应的基础水下车辆有效地利用海洋环境。尽管国内外学者获得许多成就在水下机器人环境建模理论2- - - - - -7),他们几乎没有关注海洋环境安全情况。提出一个方法来评估海洋环境安全情况,并试图寻求一个科学、合理、客观、可行的解决方案,提高水下航行安全。

水下导航决策是一种明智的行为,这应该基于整个形势对海洋环境因素的描述,而不是他们准确的分布结果。此外,海洋环境具有较强的随机性和不确定性,很难评估安全形势。因此,评价方法应该能够有效地解决以上问题。d - s证据理论(8,9)优势和可靠性在处理模糊和不确定性问题,使它广泛应用于许多领域,如信息融合(10),故障诊断11),和风险评估12,13]。d - s证据理论有深刻的理论基础。令人惊讶的是处理不确定性信息,充分利用多源信息,以获得更好的融合效果。此外,事实证明,d - s证据理论能够实现快速收敛没有先验概率和条件概率(14]。d - s证据理论是用来评估水下海洋环境安全状况。

有很多海洋环境因素影响水下航行安全。如果所有的海洋环境评价因素考虑在内,这不仅增加了评价模型的复杂性,也可能削弱主要海洋环境因素的作用,所以它需要遵循的原则等代表,独立,和可行性。基于这些原则,本文主要讨论了洋流的影响,潮汐流,在水下航行安全密度跃层。

在本文中,一个有效的水下海洋环境安全状况评价方法提出了基于d - s证据理论进行水下车辆安全导航。接下来的内容由三个部分组成。节2介绍了评价方法的实现过程。节3,实验说明了该方法的有效性。最后,本文的结论部分中描述4。

2。材料和方法

基于d - s证据理论建立评价模型包括构建BPA,处理不确定性程度,融合BPA,获得安全状况指数。在本节中,他们会详细说明。

2.1。d - s证据理论

d - s证据理论是基于一个非空的集合,称为识别的框架(FOD)。FOD的元素是互斥和详尽。双酚A是一种映射,满足

如果,被称为焦点元素。

一组的下界,表示为,定义如下:

一组的上限,表示为,定义如下:

之间的关系和可以看到从图吗1。

d - s证据理论提供了一个非常有用的组合规则,用(也称为正交的总和和),这是定义如下: 在哪里

反映了之间的冲突和。它的作用是避免非零概率分配期间空集的组合。引入组合规则是交换和关联。

2.2。构建双酚a

d - s证据理论的有效应用取决于结构合理的BPA。然而,如何构建BPA,仍然是一个悬而未决的问题。目前,有一些在这个领域的研究(15- - - - - -23]。但现有的方法不适合海洋环境因素。因此,本文提出了双酚a的施工方法根据海洋环境因素的特征。

首先,评估成绩用的集合,是成绩的数量。在这里我们设置,,代表{“非常安全(VS)”,“更安全(MS)”,“通用安全(GS)”,“更危险的(MD)”,“非常危险”(VD)},分别间隔表示在表和相应的风险1。

后来,BPA的th因素在th评价等级根据以下两种情况分别计算。

案例1。如果该值海洋环境因素属于间隔VS,女士、GS和医学博士被定义为

例2。如果该值海洋环境因素属于区间VD被定义为 在哪里和代表每个区间的边界,调整参数,用于确保吗。

由于不确定性因素的影响,可能会有一些不确定性程度计算双酚a时,这使得不一定等于1。下面的方程是用来表示不确定度:

2.3。处理的不确定性程度

为了获得更好的评价结果,需要分配给每个评估等级,需要转换决策概率。目前,有很多的转换概率决策方法(24- - - - - -34),这些方法有一定的优势以及一些缺点。基于现有的方法,为了提高丹尼尔的比例变换方法的缺点,提出了一种决策概率的坐标转换方法基于确定性程度。按照双酚a的特点,每一个命题的总和的BPA被视为系统的确定性程度,和每个命题的概率决策是通过线性组合,这是决策概率的转换方法基于比例信仰和比例的合理性。

2.3.1。丹尼尔的比例转换

(1)信念转变成比例。考虑

这种方法使用信念比单一命题和多个命题之间获得决策概率。转换的态度更加乐观,容易增加决策的风险。

(2)转换成比例的合理性。考虑

这种方法使用合理性比率单一命题和多个命题获得决策概率。转换更为保守的态度,这是不利于做出决定。

2.3.2。基于确定性程度的转换

为了更好的利用比例变换方法,克服其不足,本文线性结合了这两种方法,这使得转换既不乐观也不保守的态度,并将合理的决策概率。

因为单一命题的BPA对命题反映了系统的精确程度,单一命题的BPA是啤酒,这表明系统对命题的确定性程度会更高,反之亦然。因此,根据部分和整体之间的相似的性质,每一个命题的总和的BPA可以被视为系统的确定性程度和用作重量结合比例信仰的转换方法和比例合理性转换方法。当系统对命题的确定性程度较大,转换应该相对乐观的态度。相反,它应该是保守的。

在上述基础上,新方法的转换公式定义如下: 在哪里

自是单独命题,所以公式(11)可以写成:

新方法的有效性,可以如下例所示。

例1。假设FOD;然后,给出了双酚a在桌子上2。
新方法的结果相比其他方法如表所示3。
在击球的方法和PrNPl,显然,这是不合理的。因为BPA的不应该被分配给吗完全PrBel和PropBelP也不合理的结果。在新方法中,远远大于,这表明,新方法比其他方法更合理,有利于决策。

2.4。融合的BPA

潜水器的航行安全受到各种海洋环境因素的影响。如果一个因素使得水下车辆危险和其他水下车辆非常安全,水下车辆应该在危险的条件。因此,每个因素需要预处理的双酚a在融合之前增加的重量因素,使得水下车辆危险,这是符合标准体重的概念。标准体重是用来处理每个因子的双酚a,然后计算加权平均BPA的重量。最后,引入组合规则是用于获得评价结果通过前加权平均BPA。

文献[35]给出一个方法来确定标准体重根据隶属度: 在哪里的评价等级和数量吗的隶属度因素评价等级。

定义2。这里的BPA的th因素评价等级用于替换:

定义3。重量每一个因素都可以通过规范的: 在哪里是许多因素。

定义4。加权平均BPA通过使用加权平均法来处理每个因素的BPA。

每个因素的权重及其BPAs可以写成矩阵和:

所以可以被定义为

最后,评估的结果可以被使用吗次引入组合规则融合。

2.5。获得安全状况指数

安全形势对每个评估等级应该是一个全面的描述。因此,为了使海洋环境安全状况的评价结果更直观,评价结果需要处理获得合理、明确的安全状况指数。这里评估成绩与不同的量化间隔是量子化的,集{VS,女士,GS,医学博士,VD} ={0-19热带病,40岁至59岁,60 - 79,80 - 100},并采取他们的平均值:{10、30、50、70、90}。评价等级和相应的量化间隔如表所示4。定量平均值可以被视为一个向量:。

定义5。安全状况指数评价结果之间的产品获得的平均值。如果该指数较高,评价等级更危险。
也就是说,安全状况指数可以被定义为: 很明显,。

3所示。结果与讨论

在本节中,模拟进行了针对验证评价方法的性能。根据国家海洋数据和信息服务的现有数据,分析数据的洋流,潮流的预测数据,选择了和密度跃层的统计数据,决议、深度是30米和50米,月是2月,4月,6月,8月,10月和12月,经度范围从来和纬度范围从来。从现有的数据都太小,完全描述安全形势,为了更好地说明了该方法的有效性,现有数据放大。结果中可以看到数据2- - - - - -7。不同的颜色代表不同的安全状况指标,和水平轴代表经度,而在每个图纵轴代表纬度。

从数据结果2- - - - - -7海洋环境的影响,很明显,在水下航行安全具有区域特征和季节性特征。安全状况指标的不同深度是不同的在同一个月在同一位置。安全状况指数更大的在一些地区,较小的其他地区。随着季节的变化,安全状况指数也有所不同。原因是海洋环境因素的值在不同季节不同。也就是说,海洋环境因素的季节性特征。BPAs的海洋环境因素,很容易发现,潮汐在评估中起着主导作用安全现状。个月的变化,影响也是不同的。从数据可以看出2和3,大部分地区是非常危险的,因为潮流在这些领域的值在2月和4月啤酒。然而,潮流有一个小的影响安全现状,6月8月、10月和12月。在数据4,5,6,很少有“非常危险”地区和更危险的地区。特别是,他们几乎没有在图7。

4所示。结论

海洋环境对水下航行安全产生重大影响。无论多么一个水下车辆执行任务或航海、海洋环境对航行安全的影响需要紧紧握。由于杰出的性能的d - s证据理论在处理不确定性信息,很适合水下海洋环境安全评价情况。这个理论是用来处理海洋环境信息获取水下海洋环境安全状况评价结果。仿真结果验证该方法具有重要的理论价值和现实意义。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文支持由中国国家自然科学基金(项目号。51379049和51379049),中央大学的基础研究基金(项目号,HEUCFX41302和HEUCF041410)归侨的科学研究基金会学者(黑龙江,没有。LC2013C21),黑龙江省的年轻学院学术骨干(没有。1254 g018)。