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水面环保无人艇路径规划系统研究与设计
| 论文题名： | 水面环保无人艇路径规划系统研究与设计 |
| 关键词： | 水面环保无人艇;任务分配;路径规划;地面站系统 |
| 摘要： | 随着无人艇应用领域的拓宽，无人艇路径规划系统也需要根据实际应用领域进行研究和设计。作为新兴的水面环保作业无人平台，水面环保无人艇有望代替传统人工打捞和大型机械清捞船，实现高效的水面环保作业。研究和设计面向水面环保无人艇的路径规划系统有助于提高水面环保无人艇自主作业的能力和环保作业的效率。 本文设计的面向水面环保无人艇的路径规划系统主要由无人艇系统和地面站系统组成。无人艇系统接收地面站系统的控制任务并上传状态参数，地面站系统为其分配任务和规划路径并显示状态参数。本文的主要研究内容如下： （1）针对水面环保无人艇任务分配问题，建立任务分配模型，包括容量约束和目标函数。基于共生生物搜索算法，设计共生算子，使其适合求解组合优化问题。针对传统共生生物搜索算法早熟的问题，使用大邻域搜索算法进行混合，使得算法具备跳出局部最优的能力。根据仿真实验结果显示，混合算法在求解任务分配问题时能得到最优解。混合算法得出的成本代价比GA算法减少了20.86%，比ACO算法减少了36.66%，比SOS算法减少了16.31%。这验证了混合算法具有快速收敛和高搜索精度的优势。 （2）针对水面环保无人艇路径规划问题，建立栅格环境模型，包含障碍约束和路径评价指标，基于金豺优化算法进行求解。针对传统金豺优化算法全局搜索范围较小的问题，提出亚成年个体参与全局搜索，扩大算法全局搜索的范围。针对传统金豺优化算法局部搜索速度慢的问题，利用黄金正弦优化算法更新雄豺的位置，提高局部收敛速度和精度。根据仿真对比结果显示，在障碍物覆盖率为23.25%的环境下，改进算法的平均综合路径代价比GA算法减少了23.76%，比SSA算法减少了1.91%，比GJO算法减少了5.64%。这表明改进算法具有高稳定性、快速收敛和高收敛精度的性能。 （3）根据系统需求和设计方案，设计和实现地面站系统和无人艇系统，并建立面向水面环保无人艇的路径规划系统实验平台。经过测试，路径规划系统的任务分配和路径规划功能表现良好。实验结果表明，无人艇跟踪的路径长度相对误差不超过6.59%，无人艇实际执行成本与最优成本之间的误差为6.15%。这些结果进一步验证了面向水面环保无人艇路径规划系统的实用性。 |
| 作者： | 李桂聪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 徐雍;刘露 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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