无人船自主航行规划和目标跟踪方法研究

发布时间：2020-05-20 23:00

【摘要】：作为国家经济战略重要举措,无人船的研究和应用促进了海洋经济发展,有利于减少海洋运输成本以及人工成本,具体可应用于各类工程矿产、渔业运输、船舶和岛屿资源补给,以及海洋测绘与水文监测。本文研究无人船的自主航行任务,其技术核心在于全局路径规划和局部避障,全局规划具体包括全局海面环境信息的获取和路径规划算法的实现,无人船局部避障需要实现障碍物的检测跟踪,以便制定避障策略。自主航行技术对于无人船的投入使用具有重大的意义。本文研究重点在于海面信息的获取实现;全局路径规划算法分析和实现;局部避障过程中动态障碍目标物检测跟踪算法研究和实现。相关研究得到广东省科技计划项目(2017B010118002)资金支持。论文主要工作包括:(1)无人船全局海面信息的获取,通过分析介绍国际标准S-57格式电子海图理论模型和数据结构,研究S-57电子海图的ISO8211封装标准,在此基础上实现对S-57电子海图的信息提取,为无人船全局路径规划模块实现提供环境地图信息。(2)无人船全局路径规划算法的实现,通过分析现有算法存在时间以及性能上的不足,本文提出使用快速扩展随机树算法(RRT)实现无人船的路径规划;根据实际项目要求,在RRT算法基础上改进实现多途径点路径规划算法;并通过实验验证算法的有效性;最后实现S-57电子海图解析显示以及无人船路径规划系统。(3)针对无人船局部避障过程中对目标持续准确跟踪的需求,本文引入长时间目标跟踪TLD算法并分析存在的不足,利用selective search候选框生成算法以及相关滤波目标跟踪算法进行改进,提出TLD_CF目标跟踪算法,提升TLD算法的精度和鲁棒性。最后通过实验验证TLD_CF算法在时间以及跟踪效果上的改进。
【图文】：

华南理工大学工程硕士学位论文展与繁荣具有非常重大的意义。本论文基于实际应用，实现无人船近海运输自主航行的基本功能。已配制实际无人船试验平台：一艘全自主开发的单体、双发动机和纯电力推进的水面无人船，具有良好的耐波性和机动性。船上配置船载网络摄像头通过RTSP协议实时获取摄像头数据进行数据采集。实验场地设置在广东海洋与水产高科技园区，进行自主航行功能测试。

图 1-2 天行一号局路径规划算法研究现状代无人船自主航行功能实现的关键技术之一。无人驾驶研究都涉及路径规划实现。路径规划算法的实现需要根传统的路径规划算法可以分为几个大类。一类是模仿大法模仿物体退火降温过程；人工势场法是模拟引力场的，例如，栅格法对地图建模；voronoi 图法通过多边形例如蚁群算法，模拟蚂蚁寻找食物的过程；遗传算法，；粒子群优化算法，模拟鸟群优美而不可预测的运动。强大的搜索能力，例如 A* 算法、Dijkstra 算法、Flo规划算法普遍会结合多种思想进行优化，结合环境信息
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.82;U666.1;TP391.41

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本文编号：2673333