基于加权Voronoi图的航迹规划算法及可视化研究

发布时间：2017-10-02 23:51

  本文关键词：基于加权Voronoi图的航迹规划算法及可视化研究

  更多相关文章： 航迹规划 可视化 空域管制 改进的加权Voronoi图 栅格化 时间空间约束

【摘要】：航迹规划是指飞行器根据自身性能及周围环境等约束条件,自动实现飞行任务的航迹搜索问题,在无人机应用越来越广泛的今天,受到来自各个国家的广泛关注。航迹规划算法一般只粗略考虑雷达探测,地形因素等障碍体,以点集或者圆形集合对其进行拟合,而在现实世界中,障碍体边界拟合精确度、障碍体的时间空间约束会对航迹规划的结果产生较大的影响。因此,针对这些问题,本文从空域管制的角度,对于加权Voronoi图航迹规划算法提出了改进,对航迹规划可视化问题展开了以下几个方面的研究工作:首先,实现对于空域信息数据的提取,分析空域划设的具体形式,实现空域信息数据在计算机中的输入,设计空域信息数据的存储结构,根据障碍体的不同形状对空域信息数据按照不同数据格式进行输出。其次,根据障碍体的时间与高度约束条件,提出考虑时间与空间约束的航迹代价函数;采取栅格化的方法对障碍体边界进行拟合,人为控制障碍体边界的精确度,提高航迹规划的安全性;分析Voronoi图与加权Voronoi图方法的不足,提出改进的加权Voronoi图的方法,获得航迹规划的初始航迹网络信息,通过Dijkstra算法获取一条符合航迹规划约束条件的航迹代价最小的规划航迹。再次,实现空域信息数据、航迹网络信息数据以及规划航迹的二维及三维可视化,实现基本的键盘和鼠标控制,并通过使用不同的颜色标记航迹的危险程度。最后,对于航迹规划的不同情况设计了实验,并用图形、表格对航迹规划效果进行对比分析,实验验证了改进的加权Voronoi图的方法可以规划出一条较为安全合理的航迹。
【关键词】：航迹规划 可视化 空域管制 改进的加权Voronoi图 栅格化 时间空间约束
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V32;V249
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 论文结构安排14-16
• 第2章 空域信息数据提取16-24
• 2.1 空域管制数据介绍16-17
• 2.2 TinyXML17-18
• 2.3 空域数据输入18-20
• 2.4 空域数据存储20-22
• 2.5 空域数据输出22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 航迹规划实现24-48
• 3.1 航迹规划模型24-30
• 3.1.1 航迹规划问题描述24-25
• 3.1.2 威胁信息模型25-26
• 3.1.3 飞行器约束信息模型26-28
• 3.1.4 航迹代价28-30
• 3.2 数据预处理30-40
• 3.2.1 二维三维空间转换31-33
• 3.2.2 航迹规划空间33-35
• 3.2.3 障碍体边界拟合35-39
• 3.2.4 时间空间约束条件39-40
• 3.3 航迹规划具体实现40-45
• 3.3.1 CGAL几何算法库40
• 3.3.2 Voronoi图40-41
• 3.3.3 加权Voronoi图41-42
• 3.3.4 改进的加权Voronoi图42-43
• 3.3.5 航迹规划算法步骤43-44
• 3.3.6 代价最小的航迹获取方法44-45
• 3.4 航迹危险度显示45-46
• 3.5 航迹规划技术路线46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 可视化实现48-54
• 4.1 二维可视化48-50
• 4.1.1 OSG绘制模式48-49
• 4.1.2 二维可视化实现49-50
• 4.2 三维可视化50-53
• 4.2.1 OSGEarth绘制模式50-51
• 4.2.2 三维可视化实现51-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 实验设计与结果分析54-62
• 5.1 实验的设计与实现54-57
• 5.1.1 实验配置和开发平台搭建54
• 5.1.2 实验模块详细设计54-57
• 5.2 航迹规划实验结果与分析57-61
• 5.2.1 不同拟合方法时结果对比分析57-58
• 5.2.2 不同栅格精度时对比分析58-59
• 5.2.3 不同时间段时结果对比分析59
• 5.2.4 不同飞行高度时结果对比分析59-60
• 5.2.5 采用不同算法时结果对比分析60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果69-70
• 致谢70-72
• 作者简介72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 徐政超;基于voronoi图算法的航路规划方法研究[D];长安大学;2014年

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本文编号：961915