无人水面艇全局路径规划的混合优化研究

发布时间：2023-04-09 03:40

　　无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)作为进行海洋科学探索与研究的重要载体平台,其航行的路径规划是重要的核心研究内容之一。随着无人水面艇的应用不断拓展,单一的无人水面艇路径规划算法已经无法满足复杂多变的海洋环境,越来越多的研究针对算法的局限性进行不断的改进和优化,同时从多种算法的融合以及智能算法的引入等等方面来对路径进行更好的规划。因此,为解决单一算法在无人水面艇航行期间对路径选择造成的局限性,重点研究了多种路径规划算法的混合优化,同时加入诸多外界的影响因素以便能够为无人水面艇提供更适合的航行路径。本文以大连海事大学“蓝信”号高速无人水面艇为研究对象,针对无人水面艇全局路径规划的优化问题,进行了相关研究,主要研究内容有:首先,对国内外应用在各个领域的路径规划算法以及相应的改进优化进行了分析,着重对无人水面艇的路径规划现状进行了研究。通过了解各种算法的优化思想并结合算法本身的特点,提出了全局路径规划的混合优化方法。该方法首先对加载的海域环境信息使用A*算法进行预处理以提高遗传算法生成初始可行种群的概率,对预处理后的可行区域考虑安全性、平滑性和经济性三种因素,...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外路径规划研究现状
        1.2.1 国内外路径规划研究现状
        1.2.2 国内外无人艇路径规划研究现状
        1.2.3 海洋环境影响下的路径规划
    1.3 论文研究的主要内容
2 三种全局路径规划算法
    2.1 A^*算法
        2.1.1 A^*算法原理
        2.1.2 A^*算法特点
    2.2 遗传算法
        2.2.1 遗传算法原理
        2.2.2 遗传算法特点
    2.3 人工势场法
        2.3.1 人工势场法原理
        2.3.2 人工势场法特点
    2.4 小结
3 全局路径规划的混合优化
    3.1 环境建模
        3.1.1 灰度化
        3.1.2 二值化
        3.1.3 轮廓提取
    3.2 A^*算法预处理
    3.3 遗传算法改进
        3.3.1 种群初始化
        3.3.2 适应度函数的选择
        3.3.3 进化算子
        3.3.4 可行路径的优化与选择
    3.4 建立评价函数
    3.5 仿真结果及分析
    3.6 小结
4 考虑航行环境因素的全局路径规划研究
    4.1 航行环境影响概述
    4.2 风、浪、流对无人艇航行的影响
        4.2.1 风的影响
        4.2.2 浪的影响
        4.2.3 流的影响
    4.3 雨、雪、雾对无人艇航行的影响
        4.3.1 雨的影响
        4.3.2 雪的影响
        4.3.3 雾的影响
    4.4 考虑航行环境因素的全局路径规划算法研究
        4.4.1 环境建模
        4.4.2 安全性约束条件
        4.4.3 经济性优化
    4.5 仿真结果及分析
        4.5.1 浅海区域仿真分析
        4.5.2 深海区域仿真分析
    4.6 小结
5 无人水面艇全局路径规划平台设计
    5.1 引言
    5.2 平台程序设计
    5.3 平台功能设计
        5.3.1 海图加载功能
        5.3.2 路径起点及终点设置功能
        5.3.3 海况模拟功能
        5.3.4 路径规划功能
    5.4 小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3786998