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原文传递 USV路径规划算法的研究

论文题名：	USV路径规划算法的研究
关键词：	水面无人艇;路径规划算法;控制体系;避碰规则
摘要：	随着科技的飞速发展，装备的无人化程度不断提高，水面无人艇在军事和民用领域的作用日渐突出，其发展受到世界各国高度关注。自主航行作为水面无人艇的一项关键技术，朝着模块化、体系化、智能化方向发展不断发展。水面无人艇在执行任务时需要高度的自适应性和智能化程度，在复杂的海洋环境中实时、自动的规划出一条安全、经济、高效的路径。路径规划分为全局路径规划和局部路径规划。其中全局路径规划算法的研究已经比较成熟，本文在全局路径规划的基础上，主要研究了水面无人艇按照全局路径航行时，在有动态物标的环境下实时动态避让，规划出符合海上避碰规则的局部路径。　　本文首先简要介绍国内外水面无人艇的研究现状及发展趋势;接着分析了智能体控制体系架构和水面无人艇应当遵守的国际海上避碰规则。提出将混合式控制体系架构运用到水面无人艇的路径规划算法中，在慎思层利用栅格法对静态海洋环境建模，运用A星算法进行全局路径规划，并且将规划好的航路点信息发送到反应层;在反应层，运用反应式行为的感知—规划模式进行局部路径规划。位于反应层的局部路径规划中有航路点行为、动态避碰行为，水面无人艇虽然能避开移动物标，但规划出的路径不一定满足避碰规则的要求，容易给有人船只的航行安全造成影响。本文在动态避碰行为的基础上融合海上避碰规则，在动态避碰行为中加入一个符合规则要求的参数，构建对遇行为、交叉相遇行为。当有多个行为参与到对艇的控制中时，运用多目标优化算法，采用分支定界法对决策空间进行搜索，提高搜索效率，快速生成控制决策。　　最后基于开源软件进行有针对性的程序开发和优化，实现了水面无人艇沿规划好的全局路径航行中，设计了对遇和交叉相遇两种会遇局面，进行基于行为的实时避让有碰撞危险的动态物标的仿真实验，结果满足作业任务的需求及避碰规则的要求，验证了算法的合理性和有效性。
作者：	杨怀
专业：	交通运输工程
导师：	孙文力;孙霄峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文