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动态水深环境下无人艇的路径规划算法研究
| 论文题名： | 动态水深环境下无人艇的路径规划算法研究 |
| 关键词： | 无人艇;路径规划;安全水深;LT-D*Lite算法;动态窗口法 |
| 摘要： | 随着无人技术的发展，水面无人艇在水质监测、海底勘测、海上巡航和海上运输等方面的应用越来越广。为保证水面无人艇在完成任务过程中的安全航行，开展路径规划研究具有十分重要的意义。为了研究动态海洋环境下无人艇的路径规划问题，本文根据电子海图水深数据和潮汐数据构建动态环境模型，为路径规划提供基础条件。在规划分析阶段分成全局动态路径规划和局部路径规划两步进行：在全局动态规划中，用改进的LT-D*Lite算法进行大范围的栅格路径的求解；在进行局部路径规划时，综合LT-D*Lite算法和动态窗口法的混合规划算法进行局部的路径规划。主要研究内容如下： 首先，构建路径规划环境模型。针对无人艇在全局路径规划时面临的环境信息缺少、实时建立环境模型较困难等问题，以矢量电子海图中提取的离散水深数据为基础，采用含障碍物的样条插值法，生成静态栅格水深环境，再叠加潮汐数据推算实时变化水位，形成动态的实时水深模型。 其次，在全局动态规划中，论文选择D*Lite算法进行研究。经典D*Lite算法存在路径转折点多、难以进行轨迹跟踪控制、且容易忽略动态水深环境影响等不足。在经典算法的启发式代价函数中引入水深危险度代价，以对最优安全节点进行选择，平衡路径的安全性；另一方面，在拓展节点过程引入视线检查算法，将节点拓展方式从八邻域拓展为任意角度方式并使路径平滑。最后，结合潮汐变化后的新障碍物环境进行路径调整。通过仿真实验验证改进LT-D*Lite算法具有规划路径短且路径平滑的特点，同时可显著降低路径水深危险度，引导无人艇避开浅水深区域。 最后，在局部规划中，为了改善动态窗口法算法路径冗长以及距离目标点较近时，使规划路径偏离目标点等缺点，根据LT-D*Lite全局路径规划算法的关键节点对全局路径进行分段，建立局部目标点，再结合动态窗口法对局部路径进行规划。对比仿真实验验证了混合规划算法提高了抵达目标点的成功率，实现了路径长度、平滑性和安全性的优化。 本文所做的路径规划算法研究对智能船舶自主航行有着推动作用，为我国进行多项海上任务提供智能平台，打下良好的基础。 |
| 作者： | 徐唐进 |
| 专业： | 海洋技术 |
| 导师： | 张安民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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