一种船舶航行路径的智能规划研究

发布时间：2020-04-09 22:54

【摘要】：智能船舶相关技术是船舶发展趋势的相关热点之一,其路径规划问题具有约束性、复杂性等特点,求解有一定的难度。各种路径规划算法的提出和改进,为该问题的较好解决提供了有效途径。本文基于船舶操纵性建立栅格环境模型,采用改进A*算法和改进势场栅格法的双层路径规划策略。首先为选定的船舶“泰安口”号建立船舶运动数学模型。基于此操纵数学模型,本文根据海图情况,指定仿真环境进行旋回实验,得到相应能够代表操纵性的参数,为全局路径规划提供数据支持。在研究全局路径规划中,在基于船舶操纵性建立环境模型时对栅格分辨率进行设置,在改进算法时对航行角进行限制和扩展,以能较好地反映船舶的操纵特性。然后以与栅格环境模型结合较为紧密的A*算法和势场栅格法为基础,考虑船舶操纵特性及航行实际,提出了一种基于改进A*算法和改进势场栅格法混合运行的双层航行路径规划算法。其基本思路是,在栅格地图环境模型中:(1)采用改进A*算法,运行出一条长度最优路径,以提供合适的子目标点;(2)通过改进势场栅格法,运行出一条优先避障的安全航路,以增强算法的实际应用的能力。(3)采用双层路径规划策略,通过筛选机制从由改进A*算法规划的较短路径中提取有效辅助子目标点,然后通过筛选生成子目标点对改进势场栅格法的路径规划进行引导,得到安全经济的航行路径。最后对路径采用了平滑处理策略。仿真实验结果表明,本文提出的双层路径规划算法能够得到一条达到有效避障且航程较短双重效果的优化路径。研究结果体现出本文提出的算法在船舶路径规划的整体性能上有较明显的改善,在该问题的仿真实验中,有一定的可行性和优越性。本文研究工作为相关算法能更好地解决船舶航行路径智能规划问题,做出了借鉴和参考,具有一定的理论研究价值。
【图文】：

船舶旋回实验参数设置：在理想海面上航行，给定转向角为±３５。，进行全速逡逑左／右回旋实验，左右螺旋桨转速均为１４４ｒ／ｍｉｎ。初始速度为１５．３ｋｎ。仿真曲线如逡逑图２．２所示。逡逑３００逦｜逦｜逦１逦１逦１逦■逦３００逦＇逦＇逦＇逦１逦＇逡逑２５０逦－逦２５０逡逑；0：厂0：逡逑５０逦５０逡逑0１逦：逦１逦＇逦＇逦＇逦邋0？逦１逦１逦１逦１逦！逦逡逑－３００逦－２５０逦－２００逦－１５０逦－１００逦－５０逦０逦０逦５０逦１００逦１５０逦２００逦２５０逦３００逡逑Ｘ／ｍ逦Ｘ／ｍ逡逑（ａ）左旋回仿真逦（ｂ）右旋回仿真逡逑图２．２船舶旋回仿真逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋ｓｈｉｐ邋ｔｕｒｎｉｎｇ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑２．邋５．邋２操纵运动仿真数据对比分析逡逑结合“泰安口”旋回实船数据［３８］，与仿真数据对比分析，如表２．５和表２．６所示。逡逑表２．５左旋回仿真对比结果逡逑Ｔａｂ２．５邋Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｌｅｆｔ邋ｔｕｒｎｉｎｇ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑旋回圈资料逦实船结果逦仿真结果逡逑纵距（ｍ）逦１９５．７５逦２５９逦３２．３１％逡逑横距（ｍ）逦２４３．６逦１５９逦３３．９％逡逑旋回直径（ｍ）逦１５９．５逦１４６逦７．８４％逡逑战术直径（ｍ）逦３４２．２逦２７５逦１９．６４％逡逑１８逡逑

选取的转向舵角为１0°，船舶速度为ｌ0ｋｎ。逡逑环境设置：在理想海面上，给定转向角为１０°，即进行左回旋实验，左右螺旋逡逑桨转速均为１４４ｒ／ｍｉｎ。船舶速度为１０ｋｎ。仿真曲线如图２．７所示。逡逑４００１逦１￣＇逦＇逦邋°ｉ—１逦Ｉ－－－Ｔ．■…１逦１逦１逦ｒ￣］逦逡逑３５０逦－１００邋－邋－邋－邋－；逦－——｜——；——－；——；逦；————逡逑孤（￣＋邋—卜逡逑２５０．邋Ｉ邋（逦）逦＼邋－逦－３００邋－－－——————！逦１邋——［——逡逑＾邋２００逦、、、＇＇、＼逦ｙｊ逦＼逦＾４００邋逦１逦Ｌ逦１——１——－邋｜逦１邋——ｊ－逦逡逑１５０逦＼逦－５００邋逦１——［－——｜邋｜——｜——＾逦－邋－邋Ｊ－——逡逑１００逦＞６００逦邋１逦——ｌ——Ｉ——１逦ｊ——－Ｊ邋——｜逦逦逡逑５０逦－７００逦邋１逦ｌ逦＊逦ｉ逦１逦Ｊ逦Ｉ逦１逦Ｌ逡逑0ｌ逦＇逦＇逦１逦１逦＇逦１逦１逦邋＾００逦Ｉ逦１邋１邋＇邋１逦＇逦１逦１逦１逦１逦逡逑－４００逦－３５０逦－３００逦－２５０逦－２００逦－１５０逦－１００逦－５０逦０逦0邋５０逦１００逦１５０逦２００逦２５０逦３００逦３５０逦４００逦４５０逦５００逡逑Ｘ／ｍ逦ｔ／ｓ逡逑（ａ）邋“泰安口”号旋回曲线逦（ｂ）航向角变化曲线逡逑２０逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U675.7

【参考文献】

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本文编号：2621365