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基于改进动态分阶势场法的船舶自动避障研究
| 论文题名： | 基于改进动态分阶势场法的船舶自动避障研究 |
| 关键词： | 船舶自动避障系统;连锁网络法;动态分阶势场法 |
| 摘要： | 近年来，船舶自主避障系统是智能船舶领域的研究热点方向，这是提高智能船舶航行安全性以及降低海上交通事故、损失的关键技术之一。 船舶自动避障系统是智能船舶执行航行任务的前提条件，而自动避障算法是其关键，尤其是局部区域避障，因其具有实时性、难以预测的性质，所以，对于船舶航行的安全性来说更为重要。因此，为了船舶航行的安全，本文针对局部避障方面的船舶自动避障系统展开研究。 首先，本文针对人工势场法所固有的问题提出了相应的解决方法：在斥力势函数中引入本船与目标点之间的相对距离因子，解决了目标不可达的问题；利用连锁网络的方法，避免了本船遭遇局部极小值区域不能前行以及航迹震荡的问题；在引力势函数中加入了速度引力函数，使本船更快且准确地追踪到设置的动态虚拟目标点；在斥力势函数中加入了速度斥力函数，使本船可以有效地对动态障碍物进行避障。基于此，编写了改进的动态分阶势场法的船舶自动避障算法，该算法既能使船舶在航行中自动避让静态障碍物，又可使船舶自动避让动态障碍物，且具有航迹保持、航迹恢复的功能。动态分阶势场法是把船舶的避障过程分为三个阶段来分别建立动态势场，三个阶段分别为航迹保持、避障、航迹恢复。通过助航仪器获取障碍物的相关信息，对于动态船舶，利用模糊综合评价的船舶碰撞危险度来选择开始避让、恢复航迹的时机，避让时需结合《国际海上避碰规则》上的相应条款，对于静态障碍物则根据本船是否驶进、离设置的障碍物影响范围去选择开始避让、恢复航迹的时机。运用相关公式计算出本船所受合力的方向，生成航向指令，利用PID自动舵控制本船航行，这就成为了完整的船舶自动避障系统。基于此，编写了改进的动态分阶势场法船舶自动避障的仿真程序，利用Matlab仿真平台验证了在定常均匀流的干扰因素下，船舶自动避障系统对于船舶避障的有效性、船舶航迹保持以及恢复的能力。 |
| 作者： | 于俊迪 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 郑云峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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