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改进的无人艇路径规划与避障算法研究与仿真
| 论文题名： | 改进的无人艇路径规划与避障算法研究与仿真 |
| 关键词： | 水面无人艇;自主避障;A*算法;速度障碍法 |
| 摘要： | 水面无人艇的路径规划与避障方法作为自主避障技术的核心内容是移动机器人控制领域的前沿热点。本文着重研究了水面无人艇的路径规划与避障方法。在路径规划部分，A*算法具有较强的稳定性与适应性，但在面对规模较大的地图时，存在计算成本消耗过大，搜索效率降低的情况。在避障部分，与其他动态避障算法相比，速度障碍法具有实时性好，计算效率高的特点，但无论在单目标还是多目标的情况下，算法不具备选出较优方案的能力。因此，本文在现有算法的基础上对A*算法和速度障碍法进行改进，在保证安全的同时提供最优路径。论文完成的主要工作包括： 1)针对传统A*算法的运算流程，总结其影响搜索效率的主要因素，并针对主要因素对传统A*算法进行改进算法的研究，分别通过选点优化、跳点优化、障碍体优化三个方面实现了搜索过程的优化。最终通过仿真、对比实验数据证明提高计算效率并且能够规划出安全有效的路径。 2)首先根据水面无人艇的机动特点和国际海上避障规则制定了水面无人艇的行驶规则约束。其次提出了一种改进速度障碍算法，主要通过引入船舶领域的安全会遇距离、利用评价函数的可行避障方案择优、多目标会遇方案择优、前视视线法、近距离反应式避障，多个角度进行优化，形成安全有效的避障计算流程。最终通过仿真、对比实验验证算法有效，可以实现安全避障。 3)将路径规划和避障两部分结合，搭建了水面无人艇仿真系统，实现了从障碍物布置、路径规划、航行中对其他船只进行局部避障、抵达终点完成航行的完整流程的仿真过程，并通过仿真结果证明了方法的可靠性。 |
| 作者： | 刘超然 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 周剑岚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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