水面无人艇航迹规划及危险评估研究

发布时间：2020-06-21 13:28

【摘要】：水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)具有高速化与无人化等优势,可以搭载不同设备完成各种高难度任务,使其在军事领域得到了广泛的应用。USV航迹规划技术一直是USV研究的核心技术,USV航迹规划主要包括全局航迹规划与局部航迹规划。碰撞危险度一直是航海领域关注的热点,准确的碰撞危险度可以为USV提供有效的辅助信息,保障USV安全航行。航迹规划及危险评估是保障USV航行安全及任务完成的重要前提,相关研究具有重要的理论意义及应用价值。首先,介绍了USV航迹规划与危险评估相关的理论基础。描述了USV航迹规划基本概念与一般步骤,给出了环境建模的几种常见方法。同时具体阐述了危险评估的流程以及常见的评估方法。其次,针对基本遗传算法在解决USV全局航迹规划问题存在的缺点,提出了一种基于改进遗传算法的USV全局航迹规划方法。为克服基本遗传算法收敛速度慢的缺点,该方法选取一种新的交叉算子,将传统交叉算子只比较每个单个节点,改进为比较两个非承载节点从而提高了算法收敛速度。为解决规划出的航迹距离长以及平滑度低等问题,给出了基于基因重组航迹优化算法的改进方法,该方法利用基因重组算法的三种算子对航迹进行优化,缩短航迹长度并提高航迹平滑度。仿真结果表明该方法可以很好的应用于USV全局航迹规划,提高了规划效率,降低USV的能源消耗。再次,针对基本快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法解决USV局部航迹规划的不足,提出了一种基于改进RRT算法的USV局部航迹规划方法。为克服基本RRT算法的随机性与不确定性,给出了优化生长点与扩展点选择的新方法,该方法通过加入度量节点扩展失败次数的抑制因子,优化生长点的选择,通过增加约束条件限制扩展点的选择,提高了算法性能。为解决规划出的航迹中多余航点过多的问题,该方法利用Dijkstra算法对航迹进行优化。仿真结果表明该方法可以很好的应用于USV的局部航迹规划,减小USV航行过程中的旋转角度,提高可操作性。最后,针对USV危险评估进行了研究,以USV碰撞危险度为切入点,分析了碰撞危险度与航迹规划决策之间的联系。基于模糊综合评估法与BP神经网络算法对碰撞危险度进行评估确定。仿真结果表明,不同条件下的模糊综合评估法与BP神经网络算法所得结果精度均较高,符合实际情况,满足USV对碰撞危险度的精度要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.82
【图文】：

电子海图系统

运动的目标速度和机动性均较高，USV 自身灵活性较好，因此重的损失。先定义好的航线和行驶规则：USV 依据算法预先规划出了航航行，但是受地形环境和自然环境的影响，航行过程中可能偏移航迹规划问题主要包括环境信息描述、航迹规划算法和航迹执模型描述 USV 的运动空间，合适的环境建模方法使航迹规划法基于合理的搜索算法达到规划出最优航迹的目的。航迹执行控制系统结合较为紧密，也即是控制 USV 按照指定的航迹航行分析讨论。型建立 USV 航迹规划时，首先需要利用电子海图来获取全局环境信年代微机应用于航海上而得到发展的信息系统。它是将传统海数据库存储的数字化方式，将海图中的全部信息在海图数字化电子海图系统示意图如图 2.1 所示。

地图,栅格图,表示法,栅格

基于二维场景提出的环境表示方法，它根有序、以二值信息表示的网格。它的原理：如果某栅格被障碍物完全或部分覆盖， 1，如果此栅格未被障碍物覆盖，则可视借助概率论的方法统计地图中每个栅格的的环境栅格，因此栅格地图也叫概率地图no 在 1983 年提出的单元分解法，其主要思迹规划就是指是通过航迹搜索算法，在栅格子集，该子集即是最优航迹。栅格模型详细的信息，维护和更新操作都比较方便要求不高，能够较好地表达非结构化的环很方便，发展前景十分广阔。另外，栅格法ra 算法进行航迹搜索时可以与栅格法相结合环境栅格数量过多时，运算过程会占用大速度，从而影响到系统的实时性。栅格图

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