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海洋环境的自主建模与无人船路径规划方法研究
| 论文题名： | 海洋环境的自主建模与无人船路径规划方法研究 |
| 关键词： | 海洋环境;无人船;环境建模;路径规划 |
| 摘要： | 随着科技的发展与全球环境的变化，海洋监测的需求日益增长。直接采取人工监测的方式成本高，且在复杂海况中有较大风险，难以满足海洋作业的需求。无人船（UnmannedSurfaceVehicles,USV）作为智能化的海洋设备，能够胜任复杂海况与危险环境中的作业，能搭载多种不同的设备对海洋进行持续观测，具有不可替代的优势。然而，无人船在复杂的海洋环境中如何高效地获取环境信息，完成路径规划，一直是无人船研究领域的重点与难点问题。因此，本文面向无人船在海洋环境中的环境建模、运动规划与局部避障问题进行了深入研究。 在全局路径建模与规划方面，研究了获取全局环境信息的方法，介绍了基于HSV的颜色识别方法，提出交叉融合H空间颜色识别结果与V空间边缘检测结果的卫星地图识别方法，减少了单通道检测存在的漏检与多检的问题。然后将卫星地图与电子海图进行空间域融合，完成全局环境信息的获取。基于所得地图，本文针对传统栅格化方法难以确定栅格大小与难以适应复杂环境的问题，提出了一种基于地形复杂度的自适应步长全局环境建模方法，能对复杂的环境自适应调整步长。基于该建模方法，对传统A*算法做出改进，包括加入拐角代价、复杂度代价，并进行双向搜索提高算法效率。 在局部环境方面，介绍了无人船所搭载的各类传感器，分析了海上交通规则，对传感器获得的环境信息进行了过滤与处理，对实船采集的激光雷达、导航雷达与AIS的信号进行了空间与时间统一后进行了融合，并基于二维梯形栅格图法对局部环境进行了建模。 在局部避障方面，分析了路径修正与避障的优化问题，对障碍物约束进行了简化，并针对局部避障的实时性要求，提出了用交替最小化方法对局部路径进行优化，通过虚拟场景仿真与移动机器人实验证明了路径优化与避障的有效性，在运算速度方面相比传统优化算法具有优势，能更好地满足无人船的路径规划需求。 |
| 作者： | 张敏捷 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈正 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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