详情

原文传递无人船路径规划与避碰算法研究

论文题名：	无人船路径规划与避碰算法研究
关键词：	无人船;路径规划;遗传算法;动态窗口算法
摘要：	无人船作为国家军工及科研的重点研究对象，具有广泛的应用前景。路径规划算法作为无人船的关键技术，是自主控制领域的热点研究问题。在障碍物种类繁多的真实海域，无人船的路径规划与实时避碰是十分复杂且困难的，本文通过将传统路径规划算法加以改进，提出了一种全局与局部混合的分层路径规划方案，解决了无人船在真实复杂海洋环境下的路径规划与实时避碰问题，提升了无人船的航行安全性。本文主要展开了以下研究：　　首先，通过对海洋环境合理划分，并利用改进二值算法建立真实海洋环境模型，有效区分可行区域和不可行区域。通过在无人船周围设置一定的探测范围嵌入到路径规划算法中，应对定位误差以及沿海浅滩、暗礁给无人船带来的潜在危险，从而提升无人船航行的安全性。　　其次，为了解决传统遗传算法搜索效率低，易陷入局部僵局，易过早收敛，生成的路径不平滑等问题，提出了精英遗传和多样化增量等策略，设计了全局路径规划算法，能够高效的生成稀疏的航路点。通过与B-Spline拟合算法相结合，可直接生成一条平滑的路径。通过与其他算法进行仿真对比表明，所提出的算法可以成功躲避障碍物并生成一条安全路径，路径长度最短且平滑，与障碍物之间始终保持一定的安全距离，使无人船可以更安全高效的航行。　　再次，为了应对未知海域中随时可能出现的动、静态障碍物，通过改进动态窗口算法进行实时避碰。传统动态窗口算法没有将动态障碍物和静态障碍物合理区分，导致无人船在面对动态障碍物时产生更危险的避碰行为。本文通过引入新的评价函数增加无人船实时避碰动态障碍物的安全性，使无人船与动态障碍物保持更远的安全距离，产生较保守的避碰行为，生成安全的局部路径，通过仿真对比得出，无人船局部避碰的安全性有所提升。　　最后，在完成局部避碰时，通过在全局路径上插入虚拟航路点，使全局路径和局部路径无缝衔接，从而建立了无人船的全局和局部分层混合路径规划框架。为了验证所提出路径规划方案的有效性和安全性，通过在不同海洋区域与原始算法进行综合对比，仿真结果和研究数据表明，所提出算法生成的路径更短，安全性更高，无人船能够更高效、安全的航行。
作者：	黎承忠
专业：	电力电子与电力传动
导师：	余明裕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021