特殊交通环境下移动车辆路径规划强化学习算法研究
发布时间：2022-02-05 07:13
随着智能化信息处理技术的不断进步,自动驾驶已成为近年来专家们的研究热点,路径规划则是其中的关键技术。智能的路径规划可以大大减少移动任务的完成时间,同时节约人力、物力成本,具有非常大的实用价值。本文从实际项目需求出发,针对所研究的特殊交通环境,使用PyQt5框架搭建满足场景特征的仿真平台。文中主要设计了两种基于强化学习的路径规划算法。一种是通过设计车辆标准的移动动作,利用深度强化学习中的DDQN算法训练移动路径。另一种是在使用三阶贝塞尔曲线模拟运动轨迹的基础上,提出改进的三段式路径生成算法和路径评价体系,然后利用深度强化学习中的DDPG算法训练三段式算法中的可变参数,实现移动路径的优化。本文的主要工作包括以下几个方面:（1）场景建模。本文利用PyQt5框架在PyCharm中设计并实现场景建模工具,仿照飞行甲板、储物仓库等实际场景,搭建仿真环境,环境的主要特征是具有边界轮廓、可停靠站位、障碍物和移动对象。（2）设计实现标准动作模式下的路径生成算法。本文提出,在车辆可行的角度区间内等间隔的选取若干角度,在每个角度下以一定的转弯半径和转弯角度做圆弧运动,构成离散的动作集合。设置奖励函数,利用D...
【文章来源】：北京交通大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１场景对象模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｅｎｅ?Ｏｂｊｅｃｔ?Ｍｏｄｅｌ??
进行后续算法的实现验证与仿真运行。??本文对所研究的环境构建了二维场景模型，明确定义了场景及其元素的几何??特征。图２－１表示场景中各个对象的模型示意图。??＜?＞ｎ瞧響??图２－１场景对象模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｅｎｅ?Ｏｂｊｅｃｔ?Ｍｏｄｅｌ??图中从左至右依次对应场景中的边界、矩形可停靠站位、矩形障碍物、椭圆??形障碍物、多边形障碍物。场景对象的位姿可以表示为（ｘ，ｙ，６？）三元组，用来描述??对象在场景中的坐标位置和方向。位姿的描述采用中心点位置法，即以对象的几??何中心点作为该对象的坐标，中心点的方向是对象相对于Ｘ轴逆时针旋转的角??度。对于不规则边界、椭圆形障碍物、多边形障碍物以及运动对象来说，在实际??的路径规划过程中，为了便于碰撞检测，常采用外部包围矩形的方式近似表示，??如图２－２所示。??７??
相关理论知识简介??疆??图２－２外接矩形示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｔｈｅ?Ｏｕｔｅｒ?Ｂｏｕｎｄｉｎｇ?Ｒｅｃｔａｎｇｌｅ?Ｄｉａｇｒａｍ??在移动对象运动的过程中，通过判断运动对象的外接矩形与障碍物的外接矩??形是否存在交点，进行碰撞检测，以便更好规划移动对象的运动轨迹。移动对象??是否出边界的检测也可采取类似的思路，此时的判定与检测碰撞刚好相反，当存??在交点时表示移动对象在边界范围内。边界检测也可通过计算移动对象的坐标在??运动过程中是否始终处在边界包围的坐标范围内进行判定。??２．２运动学模型??运动学属于力学的一个分支，主要从几何的角度研宄运动对象位置随时间变??化的情况，不考虑对象自身的物理属性和所受外力的情况。运动学以质点和刚体??作为主要的研究对象，在此基础上研宂可发生形变的物体的运动［２８］。质点指没有??质量和大小，占据一定空间的几何点，点的运动学研究依赖所选择的参考系，主??要研究点的运动方程、位移、轨迹、速度等特征。刚体指自身形状及内部点的相??对位置不受外力和运动影响的物体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于强化学习的机器人路径规划算法[J]. 张福海,李宁,袁儒鹏,付宜利. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(12)
[2]Apollo自动驾驶技术与安全设计[J]. 孙勇义. 人工智能. 2018(06)
[3]移动机器人路径规划算法综述[J]. 霍凤财,迟金,黄梓健,任璐,孙勤江,陈建玲. 吉林大学学报(信息科学版). 2018(06)
[4]监督式强化学习在路径规划中的应用研究[J]. 曾纪钧,梁哲恒. 计算机应用与软件. 2018(10)
[5]自主移动机器人路径规划方法研究综述[J]. 皇甫淑云,唐守锋,童紫原,宋彬,童敏明. 软件导刊. 2018(10)
[6]移动机器人的智能路径规划算法综述[J]. 王春颖,刘平,秦洪政. 传感器与微系统. 2018(08)
[7]人工智能综述[J]. 苏轩. 数字通信世界. 2018(01)
[8]基于A*算法的实时避障路径规划研究与实现[J]. 潘丽丽. 科技展望. 2014(01)
[9]深度学习的昨天、今天和明天[J]. 余凯,贾磊,陈雨强,徐伟. 计算机研究与发展. 2013(09)
[10]Prim算法的一种优化实现[J]. 潘大志,陈友军. 西华师范大学学报(自然科学版). 2011(01)
硕士论文
[1]桥式起重机吊物的空间自动运移路径规划研究[D]. 屈云岚.大连理工大学 2018
[2]面向网络化移动机器人的深度预测控制[D]. 崔艺.中国科学技术大学 2018
[3]高校人文社会科学项目成果价值评价研究[D]. 孙晨筱.燕山大学 2018
[4]差分演化算法的评估、改进与应用研究[D]. 彭超.大连海事大学 2016
[5]传统广播与新媒体融合策略研究[D]. 许波.浙江工业大学 2015
[6]独轮车机器人的动力学建模与控制[D]. 胡泽岩.北京邮电大学 2015
[7]重庆市两江新区物流发展评价研究[D]. 陈木子.重庆交通大学 2014
[8]楼宇环境中移动机器人的导航控制技术研究[D]. 李达.北京邮电大学 2009
本文编号：3614803
【文章来源】：北京交通大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１场景对象模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｅｎｅ?Ｏｂｊｅｃｔ?Ｍｏｄｅｌ??
进行后续算法的实现验证与仿真运行。??本文对所研究的环境构建了二维场景模型，明确定义了场景及其元素的几何??特征。图２－１表示场景中各个对象的模型示意图。??＜?＞ｎ瞧響??图２－１场景对象模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｅｎｅ?Ｏｂｊｅｃｔ?Ｍｏｄｅｌ??图中从左至右依次对应场景中的边界、矩形可停靠站位、矩形障碍物、椭圆??形障碍物、多边形障碍物。场景对象的位姿可以表示为（ｘ，ｙ，６？）三元组，用来描述??对象在场景中的坐标位置和方向。位姿的描述采用中心点位置法，即以对象的几??何中心点作为该对象的坐标，中心点的方向是对象相对于Ｘ轴逆时针旋转的角??度。对于不规则边界、椭圆形障碍物、多边形障碍物以及运动对象来说，在实际??的路径规划过程中，为了便于碰撞检测，常采用外部包围矩形的方式近似表示，??如图２－２所示。??７??
相关理论知识简介??疆??图２－２外接矩形示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｔｈｅ?Ｏｕｔｅｒ?Ｂｏｕｎｄｉｎｇ?Ｒｅｃｔａｎｇｌｅ?Ｄｉａｇｒａｍ??在移动对象运动的过程中，通过判断运动对象的外接矩形与障碍物的外接矩??形是否存在交点，进行碰撞检测，以便更好规划移动对象的运动轨迹。移动对象??是否出边界的检测也可采取类似的思路，此时的判定与检测碰撞刚好相反，当存??在交点时表示移动对象在边界范围内。边界检测也可通过计算移动对象的坐标在??运动过程中是否始终处在边界包围的坐标范围内进行判定。??２．２运动学模型??运动学属于力学的一个分支，主要从几何的角度研宄运动对象位置随时间变??化的情况，不考虑对象自身的物理属性和所受外力的情况。运动学以质点和刚体??作为主要的研究对象，在此基础上研宂可发生形变的物体的运动［２８］。质点指没有??质量和大小，占据一定空间的几何点，点的运动学研究依赖所选择的参考系，主??要研究点的运动方程、位移、轨迹、速度等特征。刚体指自身形状及内部点的相??对位置不受外力和运动影响的物体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于强化学习的机器人路径规划算法[J]. 张福海,李宁,袁儒鹏,付宜利. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(12)
[2]Apollo自动驾驶技术与安全设计[J]. 孙勇义. 人工智能. 2018(06)
[3]移动机器人路径规划算法综述[J]. 霍凤财,迟金,黄梓健,任璐,孙勤江,陈建玲. 吉林大学学报(信息科学版). 2018(06)
[4]监督式强化学习在路径规划中的应用研究[J]. 曾纪钧,梁哲恒. 计算机应用与软件. 2018(10)
[5]自主移动机器人路径规划方法研究综述[J]. 皇甫淑云,唐守锋,童紫原,宋彬,童敏明. 软件导刊. 2018(10)
[6]移动机器人的智能路径规划算法综述[J]. 王春颖,刘平,秦洪政. 传感器与微系统. 2018(08)
[7]人工智能综述[J]. 苏轩. 数字通信世界. 2018(01)
[8]基于A*算法的实时避障路径规划研究与实现[J]. 潘丽丽. 科技展望. 2014(01)
[9]深度学习的昨天、今天和明天[J]. 余凯,贾磊,陈雨强,徐伟. 计算机研究与发展. 2013(09)
[10]Prim算法的一种优化实现[J]. 潘大志,陈友军. 西华师范大学学报(自然科学版). 2011(01)
硕士论文
[1]桥式起重机吊物的空间自动运移路径规划研究[D]. 屈云岚.大连理工大学 2018
[2]面向网络化移动机器人的深度预测控制[D]. 崔艺.中国科学技术大学 2018
[3]高校人文社会科学项目成果价值评价研究[D]. 孙晨筱.燕山大学 2018
[4]差分演化算法的评估、改进与应用研究[D]. 彭超.大连海事大学 2016
[5]传统广播与新媒体融合策略研究[D]. 许波.浙江工业大学 2015
[6]独轮车机器人的动力学建模与控制[D]. 胡泽岩.北京邮电大学 2015
[7]重庆市两江新区物流发展评价研究[D]. 陈木子.重庆交通大学 2014
[8]楼宇环境中移动机器人的导航控制技术研究[D]. 李达.北京邮电大学 2009
本文编号：3614803
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