船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

来源：交通运输系统工程与信息杂志2024年第3期北京时间：

作者：李晨, 严新平, 刘佳仑, 黄亚敏, 李诗杰

单位：武汉理工大学，a. 水路交通控制全国重点实验室；b. 交通与物流工程学院；c. 国家水运安全工程技术研究中心；d. 智能交通系统研究中心，武汉 430063

摘要：针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题，本文设计了系统人主机辅的运行模式，提出一种主从博弈框架下的共享控制方法，将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系，通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的 Stackelberg 微分对策，使用 Fan-GFlicksberg 不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重，基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器，采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化，综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标，在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明：本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助，当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时，根据航行风险对预分配权重进行调节，在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

关键词：水路运输,船舶远程驾驶,人机协同,共享转向控制,模型预测,控制权重调节

基金资助：国家重点研发计划项目(2022YFB4301402)；国家自然科学基金重点国际(地区)合作项目(51920105014)；国家自然科学基金(52272425)