基于进化遗传算法的无人艇避碰系统研究

发布时间：2017-03-29 09:14

  本文关键词：基于进化遗传算法的无人艇避碰系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着世界各国对海洋权益维护的日益强烈,水面无人艇作为海上战争的主要战略武器,其自主控制研究受到了越来越多的重视,并向着更加智能化、体系化和标准化的方向发展。智能避碰系统是无人艇自主控制研究的关键技术之本文将机器人路径规划方法与船舶避碰规则相结合,对基于进化遗传算法的无人艇避碰系统进行了研究。本文分析了无人艇的避碰过程和避碰机理,对无人艇的会遇局势进行了详细的划分。研究了无人艇的运动参数和碰撞危险度的计算方法,从时间和空间角度计算了无人艇的碰撞危险度。本文采用进化遗传算法设计了基于进化遗传算法的无人艇避碰决策系统,该系统采用了启发式的种群初始化方法,根据无人艇自主航行的需求,在适应度函数中加入经济性、平滑性、安全性作为评价因子,并在传统的进化算子(选择、交叉、变异)基础上加入删除操作、修复操作和平滑操作对种群进行更新,建立了一个优化迭代过程,最终得出合理可行避碰路径。利用MATLAB设计了基于进化遗传算法的无人艇避碰仿真系统,通过人机交互界面输入无人艇航行参数和动态目标的运动参数,并用随机生成的半径大小不一的圆来模拟无人艇航行的障碍物环境。在分别只有静态障碍物存在的海洋环境和静态障碍物与动态目标共存的海洋环境下对无人艇避碰进行了仿真验证,最终系统输出的路径能有效地避开静态障碍物与动态目标,并保证了路径的平滑性和经济性。仿真验证表明了基于进化遗传算法的无人艇避碰系统能够判断碰撞危险,有效地规避静态障碍物和动态目标,实现无人艇的自主避碰决策。
【关键词】：无人艇 进化遗传算法 智能避碰 路径规划
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.703;TP18
【目录】：

• 中文摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题意义10-11
• 1.2 避碰技术研究现状11-12
• 1.3 避碰算法研究现状12-14
• 1.3.1 传统避碰路径规划方法13
• 1.3.2 智能避碰路径规划方法13-14
• 1.4 遗传算法研究现状14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-17
• 第2章 无人艇避碰机理与运动参数计算17-28
• 2.1 无人艇避碰机理17-18
• 2.2 会遇局势划分18-21
• 2.3 运动参数计算21-24
• 2.4 碰撞危险度计算24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 基于进化遗传算法的无人艇避碰系统28-36
• 3.1 进化遗传算法28
• 3.2 基于进化遗传算法的无人艇避碰研究28-35
• 3.2.1 个体编码28-29
• 3.2.2 种群初始化29-30
• 3.2.3 构造适应度函数30-32
• 3.2.4 进化算子32-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 无人艇避碰路径规划系统软件设计36-51
• 4.1 避碰路径规划系统实现的功能36-39
• 4.2 系统仿真界面程序设计39-40
• 4.2.1 输入界面子程序设计39
• 4.2.2 静态障碍物环境生成子程序39-40
• 4.3 EGA算法及无人艇避碰程序设计40-49
• 4.3.1 运动参数计算子程序40-41
• 4.3.2 遗传操作子程序41-44
• 4.3.3 避碰行为及程序设计44-49
• 4.4 本章小节49-51
• 第5章 算法仿真及结果讨论51-62
• 5.1 多静态障碍物的避碰路径规划仿真验证51-54
• 5.2 动态目标避碰的仿真验证54-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郑中义,吴兆麟;船舶接近对遇局面避碰决策的研究[J];大连海事大学学报;1999年04期

2 吴博;熊勇;文元桥;;基于速度障碍原理的无人艇自动避碰算法[J];大连海事大学学报;2014年02期

3 刘成良,张凯,付庄,曹其新,殷跃红;神经网络在机器人路径规划中的应用研究[J];机器人;2001年S1期

4 申晓宁;郭毓;陈庆伟;胡维礼;;基于多目标协同进化算法的多机器人路径规划[J];南京航空航天大学学报;2008年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 饶森;水面无人艇的全局路径规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 张玉奎;水面无人艇路径规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：274130