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基于文法演化算法的无人艇路径规划研究
| 论文题名： | 基于文法演化算法的无人艇路径规划研究 |
| 关键词： | 无人艇;自主决策;文法演化算法;路径规划 |
| 摘要： | 21世纪以来，计算机技术飞速发展，人类开始朝着智能化、数字化和全自动化的方向发展，无人技术也逐渐走进人类视野，渗透进人们生活的全行业全领域。面对恶劣复杂的海洋环境，无人艇不仅可以在危险海域或不适宜常规船舶航行的海域自主执行航行任务，还可以通过多无人艇协作提高工作效率，在未来的海上作业中将扮演重要角色。无人艇自主航行是指无人艇在没有人的干预下，自主地完成一系列的决策和行为，达到安全、经济航行的效果。其中，路径规划技术是实现无人艇自主航行的重要环节。然而，当前针对无人艇的自主航行决策和路径规划的研究较少且尚不成熟。 本文针对未知海域环境下无人艇的航行决策问题，提出了一种基于文法演化算法的无人艇路径规划方法，主要包括：海上环境信息建模、文法演化算法的无人艇路径规划、无人艇路径规划仿真实验。本文主要的研究工作如下： （1）海上环境信息建模。在实现路径规划之前，应当建立合理的环境信息模型，环境信息直接影响着路径规划的精确度。无人艇利用激光雷达获取环境信息，本文采用栅格法栅格化处理无人艇运动中获取的实时周围环境信息，建立包含障碍物信息的环境模型，为后续无人艇的航行决策和路径规划奠定基础。 （2）应用文法演化算法规划无人艇航行路径。首先，针对无人艇所处的海洋环境，根据文法演化算法的核心步骤，设计应用于无人艇自主决策的基于巴科斯-诺尔式定义的演化文法结构，其中包括：非终端??、终端??、起始符号??和生成规则P。其次，考虑到无碰撞航行和续航能力的限制，设计考虑无人艇航行安全性和经济性的适应度函数。最后，以遗传算法作为文法演化算法规划路径的搜索算法，优化无人艇的航行路径。 （3）无人艇航行路径规划仿真实验。利用提出的基于文法演化算法的无人艇路径规划方法，设置合理的实验参数，搭建实验仿真平台，栅格化处理无人艇获取的实时环境信息，实现无人艇路径规划仿真实验，验证所提无人艇路径规划方法的有效性。 本文立足于未知环境下无人艇的自主航行与决策问题，提出了一种基于文法演化算法的无人艇路径规划方法，结合无人艇的航行行为，构建应用于无人艇自主决策的巴科斯-诺尔式定义的演化文法结构，实现了无人艇的高效率路径规划优化。本文的研究成果实现了文法演化算法在未知环境下无人艇路径规划的应用，对后续复杂海洋环境下的无人艇自主航行应用具有一定应用价值和工程意义，并为文法演化算法在智能体自主运动与智能决策领域的应用奠定了基础。 |
| 作者： | 张香惠 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 陈俊龙;左毅 |
| 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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