【摘要】：智能船舶相關(guān)技術(shù)是船舶發(fā)展趨勢的相關(guān)熱點之一,其路徑規(guī)劃問題具有約束性、復(fù)雜性等特點,求解有一定的難度。各種路徑規(guī)劃算法的提出和改進(jìn),為該問題的較好解決提供了有效途徑。本文基于船舶操縱性建立柵格環(huán)境模型,采用改進(jìn)A*算法和改進(jìn)勢場柵格法的雙層路徑規(guī)劃策略。首先為選定的船舶“泰安口”號建立船舶運動數(shù)學(xué)模型�；诖瞬倏v數(shù)學(xué)模型,本文根據(jù)海圖情況,指定仿真環(huán)境進(jìn)行旋回實驗,得到相應(yīng)能夠代表操縱性的參數(shù),為全局路徑規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。在研究全局路徑規(guī)劃中,在基于船舶操縱性建立環(huán)境模型時對柵格分辨率進(jìn)行設(shè)置,在改進(jìn)算法時對航行角進(jìn)行限制和擴展,以能較好地反映船舶的操縱特性。然后以與柵格環(huán)境模型結(jié)合較為緊密的A*算法和勢場柵格法為基礎(chǔ),考慮船舶操縱特性及航行實際,提出了一種基于改進(jìn)A*算法和改進(jìn)勢場柵格法混合運行的雙層航行路徑規(guī)劃算法。其基本思路是,在柵格地圖環(huán)境模型中:(1)采用改進(jìn)A*算法,運行出一條長度最優(yōu)路徑,以提供合適的子目標(biāo)點;(2)通過改進(jìn)勢場柵格法,運行出一條優(yōu)先避障的安全航路,以增強算法的實際應(yīng)用的能力。(3)采用雙層路徑規(guī)劃策略,通過篩選機制從由改進(jìn)A*算法規(guī)劃的較短路徑中提取有效輔助子目標(biāo)點,然后通過篩選生成子目標(biāo)點對改進(jìn)勢場柵格法的路徑規(guī)劃進(jìn)行引導(dǎo),得到安全經(jīng)濟(jì)的航行路徑。最后對路徑采用了平滑處理策略。仿真實驗結(jié)果表明,本文提出的雙層路徑規(guī)劃算法能夠得到一條達(dá)到有效避障且航程較短雙重效果的優(yōu)化路徑。研究結(jié)果體現(xiàn)出本文提出的算法在船舶路徑規(guī)劃的整體性能上有較明顯的改善,在該問題的仿真實驗中,有一定的可行性和優(yōu)越性。本文研究工作為相關(guān)算法能更好地解決船舶航行路徑智能規(guī)劃問題,做出了借鑒和參考,具有一定的理論研究價值。
【圖文】：

船舶旋回實驗參數(shù)設(shè)置：在理想海面上航行，給定轉(zhuǎn)向角為±３５。，進(jìn)行全速逡逑左／右回旋實驗，左右螺旋槳轉(zhuǎn)速均為１４４ｒ／ｍｉｎ。初始速度為１５．３ｋｎ。仿真曲線如逡逑圖２．２所示。逡逑３００邐｜邐｜邐１邐１邐１邐■邐３００邐＇邐＇邐＇邐１邐＇逡逑２５０邐－邐２５０逡逑；0：廠0：逡逑５０邐５０逡逑0１邐：邐１邐＇邐＇邐＇邐邋0？邐１邐１邐１邐１邐！邐逡逑－３００邐－２５０邐－２００邐－１５０邐－１００邐－５０邐０邐０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００逡逑Ｘ／ｍ邐Ｘ／ｍ逡逑（ａ）左旋回仿真邐（ｂ）右旋回仿真逡逑圖２．２船舶旋回仿真逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋ｓｈｉｐ邋ｔｕｒｎｉｎｇ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑２．邋５．邋２操縱運動仿真數(shù)據(jù)對比分析逡逑結(jié)合“泰安口”旋回實船數(shù)據(jù)［３８］，與仿真數(shù)據(jù)對比分析，如表２．５和表２．６所示。逡逑表２．５左旋回仿真對比結(jié)果逡逑Ｔａｂ２．５邋Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｌｅｆｔ邋ｔｕｒｎｉｎｇ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑旋回圈資料邐實船結(jié)果邐仿真結(jié)果逡逑縱距（ｍ）邐１９５．７５邐２５９邐３２．３１％逡逑橫距（ｍ）邐２４３．６邐１５９邐３３．９％逡逑旋回直徑（ｍ）邐１５９．５邐１４６邐７．８４％逡逑戰(zhàn)術(shù)直徑（ｍ）邐３４２．２邐２７５邐１９．６４％逡逑１８逡逑

選取的轉(zhuǎn)向舵角為１0°，船舶速度為ｌ0ｋｎ。逡逑環(huán)境設(shè)置：在理想海面上，給定轉(zhuǎn)向角為１０°，即進(jìn)行左回旋實驗，左右螺旋逡逑槳轉(zhuǎn)速均為１４４ｒ／ｍｉｎ。船舶速度為１０ｋｎ。仿真曲線如圖２．７所示。逡逑４００１邐１￣＇邐＇邐邋°ｉ—１邐Ｉ－－－Ｔ．■…１邐１邐１邐ｒ￣］邐逡逑３５０邐－１００邋－邋－邋－邋－；邐－——｜——；——－；——；邐；————逡逑孤（￣＋邋—卜逡逑２５０．邋Ｉ邋（邐）邐＼邋－邐－３００邋－－－——————！邐１邋——［——逡逑＾邋２００邐、、、＇＇、＼邐ｙｊ邐＼邐＾４００邋邐１邐Ｌ邐１——１——－邋｜邐１邋——ｊ－邐逡逑１５０邐＼邐－５００邋邐１——［－——｜邋｜——｜——＾邐－邋－邋Ｊ－——逡逑１００邐＞６００邐邋１邐——ｌ——Ｉ——１邐ｊ——－Ｊ邋——｜邐邐逡逑５０邐－７００邐邋１邐ｌ邐＊邐ｉ邐１邐Ｊ邐Ｉ邐１邐Ｌ逡逑0ｌ邐＇邐＇邐１邐１邐＇邐１邐１邐邋＾００邐Ｉ邐１邋１邋＇邋１邐＇邐１邐１邐１邐１邐逡逑－４００邐－３５０邐－３００邐－２５０邐－２００邐－１５０邐－１００邐－５０邐０邐0邋５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００邐３５０邐４００邐４５０邐５００逡逑Ｘ／ｍ邐ｔ／ｓ逡逑（ａ）邋“泰安口”號旋回曲線邐（ｂ）航向角變化曲線逡逑２０逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U675.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2621365