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基于环境势场的海事无人艇巡航路径规划研究
| 论文题名： | 基于环境势场的海事无人艇巡航路径规划研究 |
| 关键词： | 海事无人艇;路径规划;环境势场;电子巡航 |
| 摘要： | 近年来，海事智能监管的不断发展促进了电子巡航概念的普及以及模式的推广。电子巡航对船舶的动态监管可减少水域安全事故发生、提高海事部门服务效率，但水上交通信息采集不完全是其应用中表现出的不足。智能无人运载器因其操纵灵活、机动性强等特点，已被广泛应用于军事和民用生活等方面，如巡航、情报收集、监视、侦察和道路交通信息采集等。海事无人艇作为一种智能无人运载器，可应用于海事巡航，通过搭载各类监控设备，为电子巡航提供更加丰富的现场信息采集与传输手段。 海事无人艇巡航路径规划及全局路径规划是保障海事无人艇完成巡航任务的关键技术。海事无人艇巡航路径规划可抽象为在特定目标驱动下，一定数量的海事无人艇单独或协同实施巡航过程中的任务分配和路径规划问题。完成海事无人艇巡航路径规划后，需对相邻两巡航对象间的全局路径进行规划，即海事无人艇全局路径规划。从当前国内外有关无人艇的研究状况来看，无人艇全局路径规划是研究热点且已取得不错成果，但对于无人艇巡航路径规划的研究还鲜少为见。因此，开展海事无人艇巡航路径规划和全局路径规划的研究具有理论和实际的双重意义。 论文围绕海事无人艇巡航任务分配的路径规划问题展开了研究，分析了巡航路径规划问题，建立了巡航路径规划模型，提出了巡航路径规划方法。针对海事无人艇路径规划问题，研究了基于栅格法和图论搜索算法（包括Dijkstra算法和A*算法）的路径规划问题。基于此，深入研究并提出了环境建模方法——环境势场模型，改进了A*算法。本论文研究内容主要包括： （1）提出了海事无人艇巡航路径规划方法。运用基于云模型的安全性评价方法辨识并选取重点巡航航段。利用 K-means算法对巡航对象进行划分，并以总巡航距离和巡航时间标准差作为评价划分方案优劣的指标。通过模拟仿真，分别分析有无续航里程约束的海事无人艇巡航路径规划问题，验证了海事无人艇巡航路径规划方法可行性。 （2）通过电子海图获取海事无人艇工作空间全部静态环境信息，通过限制搜索区域减少搜索范围、提高搜索效率。对比分析 Dijkstra算法与 A*算法全局路径搜索仿真结果表明A*算法搜索效果更好。 （3）将海事无人艇旋回性作为确定自适应栅格环境模型栅格精度的依据，分析了静态环境要素和动态环境要素（水流）对海事无人艇操纵的影响，结合水上交通流复杂度模型，提出了面向路径规划的环境势场模型。在此基础上，改进了A*算法。通过仿真试验证明，基于环境势场的全局路径规划算法可为海事无人艇规划出一条安全性高且较短的路径。 |
| 作者： | 朱曼 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 文元桥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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