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基于多传感器信息融合的无人船航线规划研究
| 论文题名： | 基于多传感器信息融合的无人船航线规划研究 |
| 关键词： | 无人船;航线规划;信息融合;栅格法;势场蚁群算法 |
| 摘要： | 随着移动互联网、嵌入式系统、人工智能等新技术和新生态的出现，各行各业正在加速推动基于智能化平台的融合创新发展，进入“人工智能”快速发展的时代。因此，打破民用无人船现有的技术壁垒，对降低传统船舶人工作业时船员的危险程度具有实际应用价值。 本文基于无人船的前沿动态发展，针对现有路径规划算法的局限性提出优化方案，采用嵌入式控制系统的设计方法，自行搭建的物理试验平台，对无人船的路径规划问题展开研究并验证其实用性。主要研究内容如下： 首先，结合本文的应用场景以及常用环境建模技术的适用条件，选用栅格法作为本文的建图方法。利用开源的地图软件API，采用二值法完成地图的栅格化处理；建立GPS/BDS组合定位技术的数学模型，并基于互联网地图服务规定，对组合定位模块采集数据进行坐标转换，实现无人船在地图中心初始化过程，为后续的路径规划算法提供技术支持。 然后，基于现有的无人船的路径规划算法，选用蚁群算法作为底层代码。针对其迭代慢、易出现局部最优解的问题，融合人工势场，提出了一种改进的势场蚁群算法，并对其改进策略进行了分析。利用数值模拟仿真软件，创建S型河道、分叉双河道和Y型河道三种典型内河河道模型，并采用两种不同规格的栅格尺寸对其划分，采用比较分析的方法对比验证常规蚁群算法和改进的势场蚁群算法。结果表明，改进后的势场蚁群算法有效地解决了常规蚁群算法易陷入局部最优解的问题，且受栅格尺寸变化的影响较小。 最后，基于STM32单片机，搭载超声波传感器、GPS/BDS组合定位模块、直流电机、2.4G通信模块等硬传感器完成无人船试验平台的搭建。利用窗口程序开发平台完成上位机的编写过程。制定无人船动态避障规则，并完成实船下水测试。通过记录上位机的返回数据表明，不同距离的障碍物试验数据最大差距不大于3 cm，实际无人船转向折点坐标与设计路线的转向规划坐标经纬度差距在厘米级，无人船在无动态障碍物情况下可以较好的按照设计路线行驶，证明了本文改进的势场蚁群算法具有可行性和实用性，能完成无人船物理模型平台的下水测试。 |
| 作者： | 李渝锋 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 袁培银 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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