面向无人机救援的路径优化问题研究
发布时间：2022-07-19 16:21
近年来,无人机被广泛地应用于灾后救援,执行救援任务。在不确定环境中,无人机规划高效合理的救援路径十分重要,不仅有助于减少飞行时间、增加无人机利用率,而且可以提高救援效率。本文通过研究无人机在不确定环境下救援这一实际问题,分析其救援动态过程,构建了基于模糊聚类优先级划分的无人机部分可观察马尔科夫决策过程（POMDP）救援路径规划模型,引入基于点的近似算法?最优策略可达空间的连续近似法（SARSOP）对POMDP模型进行求解,并进行仿真实验以验证提出的优化模型和算法。本文主要研究内容如下:首先,本文针对无人机现状、救援无人机路径优化问题现状进行了深入研究,发现目前关于救援问题建模的研究中对真实场景的模拟并不完善。考虑到真实救援中对系统的所处环境的不确定性和执行动作转移的不确定性,本文引入强化学习领域中的马尔科夫决策过程（MDP）和部分可观察马尔科夫决策过程（POMDP）理论来解决不确定性问题,对MDP和POMDP理论作出系统性的总结,为面向无人机救援的路径规划问题提供了理论依据。其次,在对POMDP理论分析的基础上,将救援空间映射到二维平面,基于POMDP模型要素,建立了无人机救援路径规划...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外无人机发展现状
1.2.2 国内外救援无人机路径优化研究现状
1.2.3 国内外POMDP问题的研究现状
1.3 研究内容及创新点
1.4 文章结构
第二章 MDP模型和POMDP模型
2.1 引言
2.2 MDP模型及其求解
2.2.1 模型定义
2.2.2 策略
2.2.3 值函数
2.2.4 求解方法
2.3 POMDP模型
2.3.1 模型定义
2.3.2 智能机器人导航简单实例
2.3.3 策略
2.3.4 信念状态
2.3.5 值函数
2.4 POMDP求解算法
2.4.1 精确解法
2.4.2 近似解法
第三章 基于模糊聚类的灾区优先级划分的救援路径模型
3.1 基于模糊聚类的灾区救援需求优先级划分
3.1.1 聚类分析算法概述
3.1.2 灾区救援需求属性的模糊聚类与优先级排序
3.2 基于优先级划分的灾区救援POMDP模型的构建
3.2.1 问题描述
3.2.2 问题假设
3.2.3 POMDP数学模型
3.3 基于信息反馈的搜索路径动态决策过程分析
第四章 无人机救援路径规划模型的优化算法
4.1 SARSOP算法基本思想
4.2 基于SARSOP的求解方法
4.2.1 算法要素
4.2.2 算法步骤
第五章 仿真实验与结果分析
5.1 仿真实验说明
5.2 仿真实验
5.2.1 仿真实验1
5.2.2 仿真实验2
5.2.3 仿真实验3
5.2.4 仿真实验4
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
作者在攻读硕士学位期间所作的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]有障碍区域的多无人机多目标点路径规划[J]. 肖春晖,邹媛媛,李少远. 空间控制技术与应用. 2019(04)
[2]民用无人机应用进展[J]. 宋晨晖. 机电工程技术. 2018(11)
[3]未知环境下无人机集群协同区域搜索算法[J]. 侯岳奇,梁晓龙,何吕龙,刘流. 北京航空航天大学学报. 2019(02)
[4]基于POMDP的主动雷达制导弹干扰措施优化方法[J]. 张翔,吴华,陈游,宋海方,周一鹏. 空军工程大学学报(自然科学版). 2018(05)
[5]无人机灾情巡查区域搜索的建模与求解[J]. 孙纯岭,李影,任磊磊,高发荣. 数学的实践与认识. 2018(15)
[6]基于改进遗传算法的无人机最优救援航线研究[J]. 何宛澄. 数字通信世界. 2018(06)
[7]国外救援无人机应用需求及发展趋势分析[J]. 于力,高明昊,龚杰. 飞航导弹. 2018(04)
[8]POMDP在住院2型糖尿病治疗方案优化研究中的应用[J]. 杨帆,李海英,许少杰,邹兆重,李忆琴,陈画虹. 今日药学. 2017(09)
[9]基于部分可观察马尔可夫决策过程的受控无线网络系统动态资源分配[J]. 李萌,司鹏搏,孙恩昌,张延华. 高技术通讯. 2017(03)
[10]无人机航摄系统及其在地质灾害应急救援中的应用[J]. 陈思思. 资源与人居环境. 2015(05)
博士论文
[1]基于部分可观察马尔科夫决策过程的序列规划问题的研究[D]. 刘峰.南京大学 2015
[2]基于协同机制的多无人机任务规划研究[D]. 林林.北京邮电大学 2013
[3]POMDP近似解法研究及在中医诊疗方案优化中的应用[D]. 冯奇.北京交通大学 2011
[4]灾害应急物流中基于需求分析的应急物资分配问题研究[D]. 夏萍.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于POMDP的无线传感器网络能量协作问题研究[D]. 刘慧方.吉林大学 2019
[2]基于危险势能场的车辆转向避撞路径规划与跟踪研究[D]. 唐志荣.西南大学 2018
[3]突发威胁下无人机航路规划方法研究[D]. 马晓玉.沈阳航空航天大学 2018
[4]城市环境下多无人机应急救灾任务分配技术研究[D]. 丁臻极.南京航空航天大学 2016
[5]启发式概率值迭代算法：一种求解POMDP问题的近似框架[D]. 杜波.南京大学 2014
[6]POMDP中基于点及策略迭代的算法研究与实现[D]. 李威.南京大学 2013
[7]基于点的POMDP值迭代算法研究与设计[D]. 白天.南京大学 2013
[8]地震救援力量部署辅助决策系统研究[D]. 雷秋霞.西南交通大学 2012
[9]基于POMDP网络认知的动态频谱接入算法与策略分析[D]. 张煜.南京邮电大学 2012
[10]无人飞行器航迹规划算法研究[D]. 辛贵州.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3663745
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外无人机发展现状
1.2.2 国内外救援无人机路径优化研究现状
1.2.3 国内外POMDP问题的研究现状
1.3 研究内容及创新点
1.4 文章结构
第二章 MDP模型和POMDP模型
2.1 引言
2.2 MDP模型及其求解
2.2.1 模型定义
2.2.2 策略
2.2.3 值函数
2.2.4 求解方法
2.3 POMDP模型
2.3.1 模型定义
2.3.2 智能机器人导航简单实例
2.3.3 策略
2.3.4 信念状态
2.3.5 值函数
2.4 POMDP求解算法
2.4.1 精确解法
2.4.2 近似解法
第三章 基于模糊聚类的灾区优先级划分的救援路径模型
3.1 基于模糊聚类的灾区救援需求优先级划分
3.1.1 聚类分析算法概述
3.1.2 灾区救援需求属性的模糊聚类与优先级排序
3.2 基于优先级划分的灾区救援POMDP模型的构建
3.2.1 问题描述
3.2.2 问题假设
3.2.3 POMDP数学模型
3.3 基于信息反馈的搜索路径动态决策过程分析
第四章 无人机救援路径规划模型的优化算法
4.1 SARSOP算法基本思想
4.2 基于SARSOP的求解方法
4.2.1 算法要素
4.2.2 算法步骤
第五章 仿真实验与结果分析
5.1 仿真实验说明
5.2 仿真实验
5.2.1 仿真实验1
5.2.2 仿真实验2
5.2.3 仿真实验3
5.2.4 仿真实验4
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
作者在攻读硕士学位期间所作的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]有障碍区域的多无人机多目标点路径规划[J]. 肖春晖,邹媛媛,李少远. 空间控制技术与应用. 2019(04)
[2]民用无人机应用进展[J]. 宋晨晖. 机电工程技术. 2018(11)
[3]未知环境下无人机集群协同区域搜索算法[J]. 侯岳奇,梁晓龙,何吕龙,刘流. 北京航空航天大学学报. 2019(02)
[4]基于POMDP的主动雷达制导弹干扰措施优化方法[J]. 张翔,吴华,陈游,宋海方,周一鹏. 空军工程大学学报(自然科学版). 2018(05)
[5]无人机灾情巡查区域搜索的建模与求解[J]. 孙纯岭,李影,任磊磊,高发荣. 数学的实践与认识. 2018(15)
[6]基于改进遗传算法的无人机最优救援航线研究[J]. 何宛澄. 数字通信世界. 2018(06)
[7]国外救援无人机应用需求及发展趋势分析[J]. 于力,高明昊,龚杰. 飞航导弹. 2018(04)
[8]POMDP在住院2型糖尿病治疗方案优化研究中的应用[J]. 杨帆,李海英,许少杰,邹兆重,李忆琴,陈画虹. 今日药学. 2017(09)
[9]基于部分可观察马尔可夫决策过程的受控无线网络系统动态资源分配[J]. 李萌,司鹏搏,孙恩昌,张延华. 高技术通讯. 2017(03)
[10]无人机航摄系统及其在地质灾害应急救援中的应用[J]. 陈思思. 资源与人居环境. 2015(05)
博士论文
[1]基于部分可观察马尔科夫决策过程的序列规划问题的研究[D]. 刘峰.南京大学 2015
[2]基于协同机制的多无人机任务规划研究[D]. 林林.北京邮电大学 2013
[3]POMDP近似解法研究及在中医诊疗方案优化中的应用[D]. 冯奇.北京交通大学 2011
[4]灾害应急物流中基于需求分析的应急物资分配问题研究[D]. 夏萍.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于POMDP的无线传感器网络能量协作问题研究[D]. 刘慧方.吉林大学 2019
[2]基于危险势能场的车辆转向避撞路径规划与跟踪研究[D]. 唐志荣.西南大学 2018
[3]突发威胁下无人机航路规划方法研究[D]. 马晓玉.沈阳航空航天大学 2018
[4]城市环境下多无人机应急救灾任务分配技术研究[D]. 丁臻极.南京航空航天大学 2016
[5]启发式概率值迭代算法：一种求解POMDP问题的近似框架[D]. 杜波.南京大学 2014
[6]POMDP中基于点及策略迭代的算法研究与实现[D]. 李威.南京大学 2013
[7]基于点的POMDP值迭代算法研究与设计[D]. 白天.南京大学 2013
[8]地震救援力量部署辅助决策系统研究[D]. 雷秋霞.西南交通大学 2012
[9]基于POMDP网络认知的动态频谱接入算法与策略分析[D]. 张煜.南京邮电大学 2012
[10]无人飞行器航迹规划算法研究[D]. 辛贵州.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3663745
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3663745.html
