水面无人艇自主局部避障系统关键技术研究
发布时间：2022-01-23 16:15
水面无人艇在军用方面作为未来海洋战争的先驱是国家维护海洋权益的重要工具,在民用方面可以有效减少人工作业量和降低作业危险性,从而在世界范围内具有广泛的应用需求。而局部避障技术作为水面无人艇的核心技术之一,不仅是其智能化水平的关键衡量指标,也是其能顺利完成各项作业任务的前提。本文以“水面无人艇自主局部避障系统关键技术研究”为题,分析水面无人艇自主局部避障需求,搭建水面无人艇自主局部避障系统软件和硬件框架,提出基于深度学习的视觉感知方法和近远程避障相结合的运动规划方法,并开展实验进行验证。本文为水面无人艇的局部避障应用提供一种新思路和新方法,具有较高的学术价值和工程应用价值。论文的主要工作包括:（1）分析水面无人艇避障问题中全局避障和局部避障中的关系,确定局部避障问题实现的一般步骤;研究水面无人艇局部避障问题中需要考虑到的特性约束,根据水面无人艇在未知水域的局部避障需求,搭建由岸基信息综合分析显示系统及艇载无人传感决策系统组成的水面无人艇自主局部避障系统软硬件框架,并进行关键器件的选型。（2）结合VGG16卷积神经网络构建语义分割模型对水面图像中的天空、水面和陆地三个大类进行像素级分类,从而...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号缩写表
第一章 绪论
1.1 论文提出背景及意义
1.2 论文相关内容的国内外研究进展
1.2.1 水面无人艇发展概况
1.2.2 水面无人艇视觉感知技术
1.2.3 水面无人艇避障规划技术
1.3 论文主要研究内容与章节安排
第二章 水面无人艇自主局部避障系统框架设计
2.1 引言
2.2 水面无人艇局部避障特性约束
2.2.1 水面无人艇动力学特性约束
2.2.2 水面无人艇海上避碰规则约束
2.3 水面无人艇自主局部避障系统框架
2.3.1 水面无人艇局部避障基本步骤
2.3.2 水面无人艇自主局部避障系统硬件框架
2.3.3 水面无人艇自主局部避障系统软件框架
2.4 水面无人艇传感器数据预处理
2.4.1 激光雷达数据预处理
2.4.2 摄像头数据预处理
2.5 本章小结
第三章 基于深度卷积网络的水面无人艇视觉感知技术
3.1 引言
3.2 基于图像语义分割的水面边界线检测
3.2.1 基于卷积神经网络的图像语义分割方法
3.2.2 图像语义分割网络架构
3.2.3 语义分割网络训练与评价指标
3.3 基于Faster-RCNN的水面障碍物识别
3.3.1 基于Faster-RCNN的目标检测方法
3.3.2 水面图像目标检测网络架构
3.3.3 目标检测算法评价指标
3.4 基于深度卷积网络的水面无人艇视觉感知技术实现
3.5 本章小结
第四章 基于航迹重规划的水面无人艇远程避碰方法
4.1 引言
4.2 障碍物模型与运动参数计算
4.3 水面无人艇碰撞危险度模型
4.4 基于改进速度障碍法的航迹重规划方法
4.4.1 速度障碍法原理
4.4.2 引入障碍物速度不确定度
4.4.3 结合局部避障特性约束
4.4.4 结合最优避障速度的航迹重规划
4.5 水面无人艇远程避碰方法仿真结果与分析
4.5.1 水面无人艇远程避碰方法实现流程
4.5.2 水面无人艇远程避碰方法仿真
4.6 本章小结
第五章 基于VFH*的水面无人艇近程反应式避障方法
5.1 引言
5.2 VFH*局部避障算法
5.3 基于VFH*的水面无人艇近程反应式避障方法
5.3.1 主直方图构建
5.3.2 二元直方图构建
5.3.3 掩模直方图构建
5.3.4 候选运动方向选择与预测寻优
5.4 水面无人艇近程反应式避障方法仿真结果与分析
5.4.1 水面无人艇近程反应式避障方法实现流程
5.4.2 水面无人艇近程反应式避障方法仿真
5.5 本章小结
第六章 实验结果与分析
6.1 引言
6.2 水面无人艇视觉感知方法实验
6.2.1 运行环境和数据集准备
6.2.2 基于图像语义分割的水面边界线检测实验
6.2.3 基于Faster RCNN的水面障碍物识别实验
6.2.4 结合视觉感知方案的水面无人艇局部避障实验
6.3 水面无人艇运动规划方法综合仿真实验
6.3.1 V-REP仿真平台
6.3.2 运动规划方法综合仿真实验
6.4 水面无人艇自主局部避障系统关键技术应用实验
6.4.1 水面无人艇自主局部避障系统实验平台搭建
6.4.2 基于视觉感知的水面无人艇局部避障应用实验
6.4.3 障碍物群的水面无人艇局部避障应用实验
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空时混沌分析的海面小弱目标检测[J]. 李正周,曹雷,邵万兴,陈文豪,刘冰. 光学精密工程. 2018(01)
[2]基于多尺度多特征视觉显著性的海面舰船检测[J]. 丁鹏,张叶,贾平,常旭岭. 光学精密工程. 2017(09)
[3]基于边缘相位编码的复杂背景下海天线检测[J]. 孙熊伟,徐青山,蔡熠,石敏,李松. 光学学报. 2017(11)
[4]基于二维OTSU的海天分界线提取算法[J]. 韩嘉隆,毛征,王宁,孟博. 国外电子测量技术. 2016(08)
[5]复杂背景下海天线的连通域检测法[J]. 汪劲希,燕肇一,彭真明. 舰船科学技术. 2016(15)
[6]基于梯度显著性的水面无人艇的海天线检测方法[J]. 王博,苏玉民,万磊,庄佳园,张磊. 光学学报. 2016(05)
[7]基于海事规则的水面无人艇动态障碍规避方法[J]. 杜开君,茅云生,向祖权,周永清,宋利飞,刘彬. 船海工程. 2015(03)
[8]基于均值漂移边缘提取的海天线检测方法[J]. 雷琴,施朝健,陈婷婷. 计算机应用与软件. 2015(06)
[9]动态视频监控中海上舰船目标检测[J]. 李庆忠,臧风妮,张洋. 中国激光. 2014(08)
[10]高速水面无人艇动态障碍物危险规避算法[J]. 吉大海,杨溢,戴捷,杨歌,廖煜雷. 应用科技. 2014(03)
硕士论文
[1]USV自适应局部危险规避方法研究[D]. 王敏捷.哈尔滨工程大学 2012
[2]水面无人艇路径规划算法研究[D]. 卢艳爽.哈尔滨工程大学 2010
[3]海面运动舰船检测算法研究[D]. 华蕊.天津大学 2009
本文编号：3604715
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号缩写表
第一章 绪论
1.1 论文提出背景及意义
1.2 论文相关内容的国内外研究进展
1.2.1 水面无人艇发展概况
1.2.2 水面无人艇视觉感知技术
1.2.3 水面无人艇避障规划技术
1.3 论文主要研究内容与章节安排
第二章 水面无人艇自主局部避障系统框架设计
2.1 引言
2.2 水面无人艇局部避障特性约束
2.2.1 水面无人艇动力学特性约束
2.2.2 水面无人艇海上避碰规则约束
2.3 水面无人艇自主局部避障系统框架
2.3.1 水面无人艇局部避障基本步骤
2.3.2 水面无人艇自主局部避障系统硬件框架
2.3.3 水面无人艇自主局部避障系统软件框架
2.4 水面无人艇传感器数据预处理
2.4.1 激光雷达数据预处理
2.4.2 摄像头数据预处理
2.5 本章小结
第三章 基于深度卷积网络的水面无人艇视觉感知技术
3.1 引言
3.2 基于图像语义分割的水面边界线检测
3.2.1 基于卷积神经网络的图像语义分割方法
3.2.2 图像语义分割网络架构
3.2.3 语义分割网络训练与评价指标
3.3 基于Faster-RCNN的水面障碍物识别
3.3.1 基于Faster-RCNN的目标检测方法
3.3.2 水面图像目标检测网络架构
3.3.3 目标检测算法评价指标
3.4 基于深度卷积网络的水面无人艇视觉感知技术实现
3.5 本章小结
第四章 基于航迹重规划的水面无人艇远程避碰方法
4.1 引言
4.2 障碍物模型与运动参数计算
4.3 水面无人艇碰撞危险度模型
4.4 基于改进速度障碍法的航迹重规划方法
4.4.1 速度障碍法原理
4.4.2 引入障碍物速度不确定度
4.4.3 结合局部避障特性约束
4.4.4 结合最优避障速度的航迹重规划
4.5 水面无人艇远程避碰方法仿真结果与分析
4.5.1 水面无人艇远程避碰方法实现流程
4.5.2 水面无人艇远程避碰方法仿真
4.6 本章小结
第五章 基于VFH*的水面无人艇近程反应式避障方法
5.1 引言
5.2 VFH*局部避障算法
5.3 基于VFH*的水面无人艇近程反应式避障方法
5.3.1 主直方图构建
5.3.2 二元直方图构建
5.3.3 掩模直方图构建
5.3.4 候选运动方向选择与预测寻优
5.4 水面无人艇近程反应式避障方法仿真结果与分析
5.4.1 水面无人艇近程反应式避障方法实现流程
5.4.2 水面无人艇近程反应式避障方法仿真
5.5 本章小结
第六章 实验结果与分析
6.1 引言
6.2 水面无人艇视觉感知方法实验
6.2.1 运行环境和数据集准备
6.2.2 基于图像语义分割的水面边界线检测实验
6.2.3 基于Faster RCNN的水面障碍物识别实验
6.2.4 结合视觉感知方案的水面无人艇局部避障实验
6.3 水面无人艇运动规划方法综合仿真实验
6.3.1 V-REP仿真平台
6.3.2 运动规划方法综合仿真实验
6.4 水面无人艇自主局部避障系统关键技术应用实验
6.4.1 水面无人艇自主局部避障系统实验平台搭建
6.4.2 基于视觉感知的水面无人艇局部避障应用实验
6.4.3 障碍物群的水面无人艇局部避障应用实验
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空时混沌分析的海面小弱目标检测[J]. 李正周,曹雷,邵万兴,陈文豪,刘冰. 光学精密工程. 2018(01)
[2]基于多尺度多特征视觉显著性的海面舰船检测[J]. 丁鹏,张叶,贾平,常旭岭. 光学精密工程. 2017(09)
[3]基于边缘相位编码的复杂背景下海天线检测[J]. 孙熊伟,徐青山,蔡熠,石敏,李松. 光学学报. 2017(11)
[4]基于二维OTSU的海天分界线提取算法[J]. 韩嘉隆,毛征,王宁,孟博. 国外电子测量技术. 2016(08)
[5]复杂背景下海天线的连通域检测法[J]. 汪劲希,燕肇一,彭真明. 舰船科学技术. 2016(15)
[6]基于梯度显著性的水面无人艇的海天线检测方法[J]. 王博,苏玉民,万磊,庄佳园,张磊. 光学学报. 2016(05)
[7]基于海事规则的水面无人艇动态障碍规避方法[J]. 杜开君,茅云生,向祖权,周永清,宋利飞,刘彬. 船海工程. 2015(03)
[8]基于均值漂移边缘提取的海天线检测方法[J]. 雷琴,施朝健,陈婷婷. 计算机应用与软件. 2015(06)
[9]动态视频监控中海上舰船目标检测[J]. 李庆忠,臧风妮,张洋. 中国激光. 2014(08)
[10]高速水面无人艇动态障碍物危险规避算法[J]. 吉大海,杨溢,戴捷,杨歌,廖煜雷. 应用科技. 2014(03)
硕士论文
[1]USV自适应局部危险规避方法研究[D]. 王敏捷.哈尔滨工程大学 2012
[2]水面无人艇路径规划算法研究[D]. 卢艳爽.哈尔滨工程大学 2010
[3]海面运动舰船检测算法研究[D]. 华蕊.天津大学 2009
本文编号：3604715
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3604715.html
