面向智慧避障的物流無人機(jī)航跡規(guī)劃研究

發(fā)布時間：2020-10-26 01:49

　　在當(dāng)前提出以物流無人機(jī)解決日益凸顯的鄉(xiāng)村物流“最后一公里”難題的科技走向,與因面向物流無人機(jī)的通用航空航線規(guī)劃技術(shù)與方案等的欠缺,導(dǎo)致無人機(jī)物流技術(shù)于全國推廣應(yīng)用受限的現(xiàn)狀并存的背景下,研究面向智慧避障的物流無人機(jī)航跡規(guī)劃理論與技術(shù)有助于無人機(jī)物流技術(shù)的推廣應(yīng)用與締造“智慧科技型物流”。基于當(dāng)前國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者集中于研究軍用無人機(jī)的二維靜態(tài)航跡規(guī)劃方案、少數(shù)研究軍用無人機(jī)三維動態(tài)實(shí)時航跡規(guī)劃方案、缺乏研究物流無人機(jī)的三維靜態(tài)與動態(tài)航跡規(guī)劃方案的現(xiàn)狀,本文提出面向智慧避障建立約束條件與目標(biāo)泛函模型、基于三維稀疏A-Star搜索算法的三維靜態(tài)航跡規(guī)劃優(yōu)化算法、基于三維人工勢場算法的三維動態(tài)航跡規(guī)劃優(yōu)化算法,旨在實(shí)現(xiàn)智慧避障、提升結(jié)論實(shí)用性、降低成本、完善通用航空交通管制方案等優(yōu)化目標(biāo)。首先,分析無人機(jī)物流技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)可行性、運(yùn)作系統(tǒng)等,說明研究物流無人機(jī)航跡規(guī)劃任務(wù)具有指導(dǎo)意義;分析無人機(jī)航跡規(guī)劃系統(tǒng)、航跡規(guī)劃數(shù)學(xué)原理,提出航跡規(guī)劃任務(wù)模塊,闡明航跡規(guī)劃任務(wù)包含的6項(xiàng)子任務(wù)與流程。其次,構(gòu)建物流無人機(jī)航跡規(guī)劃模型,包括規(guī)劃類型(路徑)、航跡表示(點(diǎn)、線、弧)、規(guī)劃空間(原始數(shù)字地形高程建模、山峰與天氣等威脅障礙建模、二維三次卷積插值平滑化、信息融合等)、約束條件(7項(xiàng))、航跡代價(jià)(綜合型)。然后,研究航跡規(guī)劃算法。在對GA、ANN、PSO、Dijkstra、AC、APF等算法進(jìn)行分類、適用性分析的基礎(chǔ)上,基于傳統(tǒng)A-Star算法,提出稀疏化搜索算法與動態(tài)步長算法,研究設(shè)計(jì)面向物流無人機(jī)三維靜態(tài)航跡規(guī)劃的三維稀疏A-Star搜索算法(全局);在分析傳統(tǒng)人工勢場算法存在的局部最優(yōu)值、目標(biāo)不可達(dá)的缺陷的基礎(chǔ)上,提出改進(jìn)引力算法為固定值、引入調(diào)節(jié)分量以改進(jìn)斥力算法的改進(jìn)方案,并提出優(yōu)先規(guī)劃策略,融合人工勢場法與上述改進(jìn)方案,研究設(shè)計(jì)面向物流無人機(jī)三維動態(tài)航跡規(guī)劃的三維人工勢場算法(局部)。最后,借助Matlab平臺仿真驗(yàn)證面向智慧避障的物流無人機(jī)航跡規(guī)劃模型、三維稀疏A-Star搜索算法、三維人工勢場算法的有效性。設(shè)定仿真參數(shù),對比A-Star與三維稀疏A-Star搜索算法的優(yōu)化效果;變更仿真參數(shù)值,仿真三維稀疏A-Star搜索算法的多環(huán)境優(yōu)化效果;分別針對靜止型突發(fā)障礙、運(yùn)動型突發(fā)障礙,對比人工勢場算法與三維人工勢場算法的動態(tài)實(shí)時避障航跡優(yōu)化效果;本文通過上述仿真實(shí)驗(yàn),證明模型與算法的改進(jìn)方案均有效,可提升航跡規(guī)劃效率。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;V249
【部分圖文】：