【摘要】：水環(huán)境監(jiān)測早已成為全球的焦點問題。近年來,對海洋的開發(fā)與保護被各國提上日程,探索水資源需要更多的人力物力,水面無人艇的研究得到了世界的重視,已經(jīng)在偵查行動、海洋巡邏、監(jiān)視和搜索任務(wù)等領(lǐng)域都得到了運用。目前海洋環(huán)境及各地水庫已經(jīng)被嚴重污染,監(jiān)測和采集水樣是重中之重,但固定式裝置只能檢測一定范圍內(nèi)的水質(zhì)參數(shù),使用時需要考慮適用范圍、安裝裝置等因素。便攜式裝置需要人員攜帶,有時甚至要進到危險的環(huán)境中進行監(jiān)測和采集,存在安全隱患。水面無人艇具有可操作性強、方向控制靈活、人力消耗低、安全性高等優(yōu)勢,但水面上時常出現(xiàn)各種障礙物阻礙無人艇的航行,因此,迫切需要無人艇在行駛時能夠智能避障從而完成任務(wù)并安全到達終點。本文研究了一種基于改進遺傳算法與改進人工魚群算法相結(jié)合的混合算法,該算法能夠?qū)崿F(xiàn)無人艇在復(fù)雜的、多靜態(tài)障礙物的水面環(huán)境下的安全航行。論文的主要工作包括以下內(nèi)容:首先,對遺傳算法進行改進,采用精英選擇策略的遺傳算法,大幅度提高運算速度,防止丟掉找到的最優(yōu)解。針對算法中各算子的作用,加入保護算子和淘汰算子,設(shè)一個小概率,使最優(yōu)解保留且數(shù)量逐代增多,劣質(zhì)解被逐代淘汰,保證種群的多樣性。其次,針對人工魚群算法中視野和步長兩個固定參數(shù)使得算法精度不高的缺陷,采用指數(shù)函數(shù)使視野和步長隨著算法的迭代自適應(yīng)變化,提高算法的精度,防止局部收斂。將改進遺傳算法與自適應(yīng)人工魚群算法進行結(jié)合,在人工魚群完成覓食、聚群、追尾行為后,插入遺傳算法,進行保護、淘汰等操作,逐代更新公告板上的最優(yōu)解,在提高運算精度的基礎(chǔ)上保留最優(yōu)路徑。再次,將改進后的混合算法與人工勢場法、蟻群算法、粒子群算法進行比較,分別在MATLAB環(huán)境下得到不同的路徑,對比證明混合算法在無人艇避障時可以躲避障礙物,且路徑最優(yōu),驗證了算法的實用性。最后,對本文的研究內(nèi)容做出了總結(jié),指出了工作的不足,并對未來的研究做出了展望。
【圖文】：

外研究現(xiàn)狀二戰(zhàn)時期，就涌現(xiàn)出了很多無人艇[11]。美國是無人艇研究的先驅(qū)國家，，美入巨資用于水面無人艇的研究，研制出了多種型號[12]。法國、新加坡也逐人艇的發(fā)展[13]。而對于無人艇的避障控制，則在二十世紀五六十年代便開只提出了關(guān)于避障技術(shù)的概念，只是通過數(shù)學(xué)模型來進行模擬行駛，并沒到了二十世紀七十年代初，人們進一步提出了更高要求的避障技術(shù)。直到能避障技術(shù)才被人們發(fā)現(xiàn)[14-17]。在無人艇避障研究方面，英國的施普r)無人艇可以用來進行實時的局部路徑規(guī)劃，其思想是遺傳算法非線性預(yù)thwind Marine 公司制造的“seafox”號無人艇，其規(guī)劃路徑，高效運用了aniel H.Wagner Associates 公司提供了一個可以自動生成環(huán)境地圖的無人艇大提高了無人艇運行的安全性，使無人艇航行時能保留足夠大的安全范圍英國施普林格無人艇，圖 1.2 是美國的 UOV 無人艇，圖 1.3 是以色列的黃y）無人艇。

圖 1.2 美國 UOV 無人艇 圖 1.3 以色列黃貂魚無人艇國內(nèi)研究現(xiàn)狀雖然避障技術(shù)存在很多問題，尚不成熟。但進入二十一世紀以后，我國在究方面取得了很大的進展。2008 年，我國研發(fā)第一艘民用無人艇—“天象一艇由大連海事大學(xué)和沈陽新光航天集團一起研制而成，除“天象”外還有“閃，“天象 1 號”總長為 6.5 米，使用碳纖維材料制成，技術(shù)先進，是中國無一個重要里程碑。除了傳統(tǒng)的人為遙控操作，“天象一號”還可以采用自動當(dāng)出現(xiàn)障礙物時，可以及時收取障礙物的有用信息，對障礙物及航線進行處而做出正確的判斷，改進原先設(shè)定的航線，安全高效地做出避讓方案。“天人艇已經(jīng)在 2008 年奧運會的青島奧帆賽前成功試行，提供了風(fēng)速、水溫等數(shù)的圓滿舉行奠定了堅實的基礎(chǔ)[21-23]�！疤煜笠惶枴蓖庥^如圖 1.4。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U664.82;TP18

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