針對(duì)復(fù)雜水域環(huán)境中無(wú)人艇自主航行應(yīng)用需求,重點(diǎn)解決復(fù)雜水域環(huán)境建模與路徑規(guī)劃問題。依托電子海圖上已知的環(huán)境信息,進(jìn)行無(wú)人艇初始路徑規(guī)劃。在常規(guī)導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出激光雷達(dá)感知系統(tǒng),獲取水域未知環(huán)境信息,構(gòu)建更加完備的水域環(huán)境。使用快速擴(kuò)展隨機(jī)樹（RRT）算法進(jìn)行路徑規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)快速高效的可航路徑的求解。將滾動(dòng)窗口規(guī)劃策略應(yīng)用到航行規(guī)劃過程中,適應(yīng)無(wú)人艇在動(dòng)態(tài)不確定復(fù)雜水域環(huán)境中的自主航行。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)造船. 2020,61(S1)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

基于激光雷達(dá)的水面環(huán)境感知處理流程

針對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云稀疏性問題，首先對(duì)三維點(diǎn)云采用多幀融合技術(shù)，提高點(diǎn)云垂直方向的分辨率，增強(qiáng)矮小障礙物的感知探測(cè)能力，激光雷達(dá)多幀點(diǎn)云回波示意如圖2所示。由于激光雷達(dá)的射線與水平面形成一定夾角，當(dāng)激光雷達(dá)隨無(wú)人艇移動(dòng)時(shí)，同一束激光前一幀在障礙物垂直平面打中的點(diǎn)（圖2中淺色點(diǎn)）與后一幀打中的點(diǎn)（圖2中深色點(diǎn)）的位置不一致。利用平移運(yùn)動(dòng)把多幀的點(diǎn)云融合起來(lái)，可使豎直方向的點(diǎn)云更加稠密。

本系統(tǒng)選用DBSCAN算法進(jìn)行聚類。DBSCAN算法是基于密度的聚類算法，該算法通過檢查數(shù)據(jù)集中每個(gè)點(diǎn)的Eps鄰域來(lái)搜索簇，如果點(diǎn)p的Eps鄰域包含的點(diǎn)多于最少數(shù)目Pmin，則創(chuàng)建一個(gè)以p為核心對(duì)象的簇，并對(duì)p進(jìn)行標(biāo)記；隨后對(duì)點(diǎn)p的Eps鄰域范圍內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)q重復(fù)進(jìn)行上述搜索過程，滿足條件則將q合并為p所在的簇；當(dāng)沒有新的點(diǎn)添加到任何簇時(shí)，對(duì)該簇的搜索過程結(jié)束，進(jìn)入對(duì)下一個(gè)簇的搜索過程，直至對(duì)所有點(diǎn)遍歷完畢，算法結(jié)束，算法的搜索過程如圖3所示。如果直接對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行聚類的話，由于點(diǎn)云數(shù)量很大，算法時(shí)間復(fù)雜度會(huì)非常高。本系統(tǒng)采取在柵格地圖上進(jìn)行聚類的策略。構(gòu)建出柵格地圖后，利用DBSCAN對(duì)目標(biāo)柵格進(jìn)行聚類得到聚類目標(biāo)，最后將各個(gè)目標(biāo)柵格對(duì)應(yīng)的原始點(diǎn)云賦予類別編號(hào)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于置信濾波的激光雷達(dá)多目標(biāo)檢測(cè)方法[J]. 孫學(xué)凱,王麗,楊得釗,馬杰.  制導(dǎo)與引信. 2017(02)
[2]基于3D激光雷達(dá)的無(wú)人水面艇海上目標(biāo)檢測(cè)[J]. 李小毛,張?chǎng)?王文濤,瞿棟,祝川.  上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(01)
[3]基于激光傳感器的無(wú)人駕駛汽車動(dòng)態(tài)障礙物檢測(cè)及表示方法[J]. 辛煜,梁華為,梅濤,黃如林,杜明博,王智靈,陳佳佳,趙盼.  機(jī)器人. 2014(06)
[4]基于可視圖法的水面無(wú)人艇路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)[J]. 陳超,唐堅(jiān).  中國(guó)造船. 2013(01)
[5]基于艦船尾流激光雷達(dá)的Monte Carlo模型及方差消減方法研究[J]. 梁善勇,王江安,張峰,吳榮華,宗思光,王雨虹,王樂東.  物理學(xué)報(bào). 2013(01)
[6]基于電子海圖的水面無(wú)人艇全局路徑規(guī)劃研究[J]. 莊佳園,萬(wàn)磊,廖煜雷,孫寒冰.  計(jì)算機(jī)科學(xué). 2011(09)
[7]基于航路二叉樹的航線自動(dòng)生成方法[J]. 汪柱,李樹軍,張立華,李寧.  武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版). 2010(04)
[8]基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型的航線自動(dòng)生成算法[J]. 李源惠,潘明陽(yáng),吳嫻.  交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào). 2007(03)

碩士論文
[1]基于激光雷達(dá)的無(wú)人測(cè)量船環(huán)境感知系統(tǒng)研究[D]. 李梓龍.武漢理工大學(xué) 2017
[2]自主移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的RRT算法研究[D]. 馮楠.大連理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3467535