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水面无人艇的路径规划及避碰方法研究
| 论文题名： | 水面无人艇的路径规划及避碰方法研究 |
| 关键词： | 水面无人艇;路径规划;动态避碰;遗传算法;滑动窗口法;海洋探测 |
| 摘要： | 随着经济全球化的不断发展，世界人口数量的日益增长，人类探寻与挖掘新能源的方向已经逐渐从陆地资源开始转向了海洋资源。作为探索未知海洋环境的主要工具，水面无人艇的智能应用方面的相关研究也越来越得到广泛的关注，朝着功能标准化，人工智能化，系统体系化的方向发展。而路径规划避碰则是水面无人艇自主控制研究的关键所在。由于海洋环境是复杂多变的，还要时刻考虑到海上风浪流对水面无人艇的干扰作用。所以，水面无人艇在进入水域之前，会先根据已知的相关海洋环境信息规划出一条全局的路径，进入水域后，无人艇会按照已经规划好的路线进行航行。并且由于事先无法预知在航行过程中可能会出现的种种状况（突发的船只，漂流物体等等），因此，水面无人艇在航行的过程中也要时时地检测周围的状况获取周围环境的信息，对于这些突发情况，水面无人艇应该能够迅速地察觉到，并针对不同的情况做出准确快速的应对，调整自身的航行状态，最终规避开障碍物体，按照任务需求到达指定的目标点。 本文对于水面无人艇路径规划避碰方法的研究主要是从两个方面进行着手的。一个基于遗传算法GA的静态全局路径规划，另一个是遗传算法和滑动窗口法相结合的动态避碰。 首先采用遗传算法进行水面无人艇的全局路径规划，该过程首先采用启发式方法对种群进行初始化，针对水面无人艇海上航行实际情况，在适应度函数中将安全性，经济性，平滑性也考虑进来，并将删除操作、修复操作以及平滑操作加入遗传算法的选择、交叉等基本算子中来对种群进行更新，从而建立一个优化的迭代过程，得出可行的避碰路径。而对于动态局部避碰主要从已知动态障碍物信息和未知动态障碍物信息这两种情况进行考虑，并分别采用遗传算法与和滑动窗口法对这两种情况进行处理，通过两种算法的结合，解决了对动态障碍物实时避碰的问题。最后分别对动静态两种海洋环境下的路径规划避碰算法仿真分析，验证了本文所采用的路径规划避碰算法的可实现性。 |
| 作者： | 付杨 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 林孝工 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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