AUV路径规划算法研究现状与展望
发布时间：2021-07-11 22:09
路径规划算法是自主水下航行器（AUV）完成水下自主巡航的核心算法之一。分别综述了基于环境建模和路径搜索两类AUV路径规划算法。阐述了栅格法、可视图法和维诺图法等环境建模方法的国内外研究现状,并指出了它们的优缺点。对前人在人工势场法、快速步进法和A*算法等传统路径搜索算法方面的研究成果进行分析,并与近期粒子群优化算法、蚁群算法、遗传算法和人工神经网络算法等智能仿生学路径搜索算法进行比较。分析发现,面对复杂水下环境因素的影响,提高算法在海流、复杂障碍物等三维海洋环境中的实用性,从而实现AUV的高效避障和节约能耗是路径规划算法研究的重点。最后对AUV路径规划算法在智能化发展、融合、多AUV协作以及向广域探测的AUV远程化方向发展等方面的研究趋势进行展望。
【文章来源】：计算机科学与探索. 2020,14(12)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
栅格法
可视图法（visibility graph）是在1979年由Lozano和Wesley首次提出的，主要应用于全局路径规划中的环境建模。可视图法的优点是可以直观地从可视图中求得最短路径，方法简单。缺点是一旦起点和目标点发生变化，就必须重构可视图，缺乏灵活性，如图2所示。对于在海底稀疏和密集区域中具有不同规则几何实体的障碍物，文献[10]提出一种基于可视图几何理论的AUV路径规划算法，该算法利用常规几何实体对三维海洋环境进行建模，在考虑能耗的前提下，规划三维环境中AUV可航行路径。2013年，Gal[11]在传统可视图法建模的基础上，又做出进一步的研究，提出一种基于可视图法的改进空间模型，该模型主要减少了构建节点的数量，从而提高计算效率，又添加了螺旋算法，更好地实现AUV避障。为了避免与海洋复杂障碍物发生碰撞，2018年，Xidias等[12]提出一种基于动态可视图的导航算法。使用动态可视图完成AUV实时自主海上导航，该算法在多种情况下进行测试，以证明其鲁棒性并满足不同约束条件，在获得最优路径的同时有效避碰。可视图法的局部路径规划能力较差，常常适用于全局和连续区域内的路径规划[13]。
维诺图法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的无人机三维航迹规划研究[J]. 何光勤,朱一飞,张才然. 价值工程. 2020(07)
[2]基于改进A*算法的移动机器人路径规划研究[J]. 吴鹏,桑成军,陆忠华,余双,方临阳,张屹. 计算机工程与应用. 2019(21)
[3]改进人工势场法的移动机器人路径规划[J]. 程志,张志安,李金芝,江涛. 计算机工程与应用. 2019(23)
[4]基于萤火虫算法动态未知环境的路径规划[J]. 李凤玲,陈珊,范兴江,刘源. 自动化与仪表. 2019(06)
[5]Multi-AUV SOM task allocation algorithm considering initial orientation and ocean current environment[J]. Da-qi ZHU,Yun QU,Simon X.YANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(03)
[6]基于遗传算法的无人机多目标路径规划[J]. 李平阳. 农业装备与车辆工程. 2019(01)
[7]基于弹性网格的改进遗传算法在无人艇路径规划中的研究[J]. 余文曌,佘航宇,欧阳子路. 中国航海. 2018(04)
[8]基于粒子群优化算法的无人艇路径规划[J]. 薛敏,徐海成,王硕. 中国科技信息. 2018(24)
[9]改进蚁群算法在AUV三维路径规划中的研究[J]. 张楠楠,姜文刚,窦刚. 计算机工程与应用. 2019(11)
[10]萤火虫算法结合人工势场法的机器人路径规划[J]. 李丽娜,郭永强,张晓东,卢媛,徐攀峰. 计算机工程与应用. 2018(20)
硕士论文
[1]基于改进栅格法和人工势场法的无人艇路径规划研究[D]. 陈呈.江苏科技大学 2018
[2]基于遗传算法优化的水下机器人路径跟踪模糊控制技术研究[D]. 张磊.浙江大学 2017
[3]萤火虫算法研究及其在水下潜器路径规划中的应用[D]. 董静.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3278672
【文章来源】：计算机科学与探索. 2020,14(12)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
栅格法
可视图法（visibility graph）是在1979年由Lozano和Wesley首次提出的，主要应用于全局路径规划中的环境建模。可视图法的优点是可以直观地从可视图中求得最短路径，方法简单。缺点是一旦起点和目标点发生变化，就必须重构可视图，缺乏灵活性，如图2所示。对于在海底稀疏和密集区域中具有不同规则几何实体的障碍物，文献[10]提出一种基于可视图几何理论的AUV路径规划算法，该算法利用常规几何实体对三维海洋环境进行建模，在考虑能耗的前提下，规划三维环境中AUV可航行路径。2013年，Gal[11]在传统可视图法建模的基础上，又做出进一步的研究，提出一种基于可视图法的改进空间模型，该模型主要减少了构建节点的数量，从而提高计算效率，又添加了螺旋算法，更好地实现AUV避障。为了避免与海洋复杂障碍物发生碰撞，2018年，Xidias等[12]提出一种基于动态可视图的导航算法。使用动态可视图完成AUV实时自主海上导航，该算法在多种情况下进行测试，以证明其鲁棒性并满足不同约束条件，在获得最优路径的同时有效避碰。可视图法的局部路径规划能力较差，常常适用于全局和连续区域内的路径规划[13]。
维诺图法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的无人机三维航迹规划研究[J]. 何光勤,朱一飞,张才然. 价值工程. 2020(07)
[2]基于改进A*算法的移动机器人路径规划研究[J]. 吴鹏,桑成军,陆忠华,余双,方临阳,张屹. 计算机工程与应用. 2019(21)
[3]改进人工势场法的移动机器人路径规划[J]. 程志,张志安,李金芝,江涛. 计算机工程与应用. 2019(23)
[4]基于萤火虫算法动态未知环境的路径规划[J]. 李凤玲,陈珊,范兴江,刘源. 自动化与仪表. 2019(06)
[5]Multi-AUV SOM task allocation algorithm considering initial orientation and ocean current environment[J]. Da-qi ZHU,Yun QU,Simon X.YANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(03)
[6]基于遗传算法的无人机多目标路径规划[J]. 李平阳. 农业装备与车辆工程. 2019(01)
[7]基于弹性网格的改进遗传算法在无人艇路径规划中的研究[J]. 余文曌,佘航宇,欧阳子路. 中国航海. 2018(04)
[8]基于粒子群优化算法的无人艇路径规划[J]. 薛敏,徐海成,王硕. 中国科技信息. 2018(24)
[9]改进蚁群算法在AUV三维路径规划中的研究[J]. 张楠楠,姜文刚,窦刚. 计算机工程与应用. 2019(11)
[10]萤火虫算法结合人工势场法的机器人路径规划[J]. 李丽娜,郭永强,张晓东,卢媛,徐攀峰. 计算机工程与应用. 2018(20)
硕士论文
[1]基于改进栅格法和人工势场法的无人艇路径规划研究[D]. 陈呈.江苏科技大学 2018
[2]基于遗传算法优化的水下机器人路径跟踪模糊控制技术研究[D]. 张磊.浙江大学 2017
[3]萤火虫算法研究及其在水下潜器路径规划中的应用[D]. 董静.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3278672
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