水面無人艇在軍用方面作為未來海洋戰(zhàn)爭的先驅(qū)是國家維護海洋權益的重要工具,在民用方面可以有效減少人工作業(yè)量和降低作業(yè)危險性,從而在世界范圍內(nèi)具有廣泛的應用需求。而局部避障技術作為水面無人艇的核心技術之一,不僅是其智能化水平的關鍵衡量指標,也是其能順利完成各項作業(yè)任務的前提。本文以“水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)關鍵技術研究”為題,分析水面無人艇自主局部避障需求,搭建水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)軟件和硬件框架,提出基于深度學習的視覺感知方法和近遠程避障相結(jié)合的運動規(guī)劃方法,并開展實驗進行驗證。本文為水面無人艇的局部避障應用提供一種新思路和新方法,具有較高的學術價值和工程應用價值。論文的主要工作包括:（1）分析水面無人艇避障問題中全局避障和局部避障中的關系,確定局部避障問題實現(xiàn)的一般步驟;研究水面無人艇局部避障問題中需要考慮到的特性約束,根據(jù)水面無人艇在未知水域的局部避障需求,搭建由岸基信息綜合分析顯示系統(tǒng)及艇載無人傳感決策系統(tǒng)組成的水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)軟硬件框架,并進行關鍵器件的選型。（2）結(jié)合VGG16卷積神經(jīng)網(wǎng)絡構建語義分割模型對水面圖像中的天空、水面和陸地三個大類進行像素級分類,從而... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號縮寫表
第一章 緒論
    1.1 論文提出背景及意義
    1.2 論文相關內(nèi)容的國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 水面無人艇發(fā)展概況
        1.2.2 水面無人艇視覺感知技術
        1.2.3 水面無人艇避障規(guī)劃技術
    1.3 論文主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排
第二章 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)框架設計
    2.1 引言
    2.2 水面無人艇局部避障特性約束
        2.2.1 水面無人艇動力學特性約束
        2.2.2 水面無人艇海上避碰規(guī)則約束
    2.3 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)框架
        2.3.1 水面無人艇局部避障基本步驟
        2.3.2 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)硬件框架
        2.3.3 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)軟件框架
    2.4 水面無人艇傳感器數(shù)據(jù)預處理
        2.4.1 激光雷達數(shù)據(jù)預處理
        2.4.2 攝像頭數(shù)據(jù)預處理
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于深度卷積網(wǎng)絡的水面無人艇視覺感知技術
    3.1 引言
    3.2 基于圖像語義分割的水面邊界線檢測
        3.2.1 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像語義分割方法
        3.2.2 圖像語義分割網(wǎng)絡架構
        3.2.3 語義分割網(wǎng)絡訓練與評價指標
    3.3 基于Faster-RCNN的水面障礙物識別
        3.3.1 基于Faster-RCNN的目標檢測方法
        3.3.2 水面圖像目標檢測網(wǎng)絡架構
        3.3.3 目標檢測算法評價指標
    3.4 基于深度卷積網(wǎng)絡的水面無人艇視覺感知技術實現(xiàn)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于航跡重規(guī)劃的水面無人艇遠程避碰方法
    4.1 引言
    4.2 障礙物模型與運動參數(shù)計算
    4.3 水面無人艇碰撞危險度模型
    4.4 基于改進速度障礙法的航跡重規(guī)劃方法
        4.4.1 速度障礙法原理
        4.4.2 引入障礙物速度不確定度
        4.4.3 結(jié)合局部避障特性約束
        4.4.4 結(jié)合最優(yōu)避障速度的航跡重規(guī)劃
    4.5 水面無人艇遠程避碰方法仿真結(jié)果與分析
        4.5.1 水面無人艇遠程避碰方法實現(xiàn)流程
        4.5.2 水面無人艇遠程避碰方法仿真
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于VFH*的水面無人艇近程反應式避障方法
    5.1 引言
    5.2 VFH*局部避障算法
    5.3 基于VFH*的水面無人艇近程反應式避障方法
        5.3.1 主直方圖構建
        5.3.2 二元直方圖構建
        5.3.3 掩模直方圖構建
        5.3.4 候選運動方向選擇與預測尋優(yōu)
    5.4 水面無人艇近程反應式避障方法仿真結(jié)果與分析
        5.4.1 水面無人艇近程反應式避障方法實現(xiàn)流程
        5.4.2 水面無人艇近程反應式避障方法仿真
    5.5 本章小結(jié)
第六章 實驗結(jié)果與分析
    6.1 引言
    6.2 水面無人艇視覺感知方法實驗
        6.2.1 運行環(huán)境和數(shù)據(jù)集準備
        6.2.2 基于圖像語義分割的水面邊界線檢測實驗
        6.2.3 基于Faster RCNN的水面障礙物識別實驗
        6.2.4 結(jié)合視覺感知方案的水面無人艇局部避障實驗
    6.3 水面無人艇運動規(guī)劃方法綜合仿真實驗
        6.3.1 V-REP仿真平臺
        6.3.2 運動規(guī)劃方法綜合仿真實驗
    6.4 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)關鍵技術應用實驗
        6.4.1 水面無人艇自主局部避障系統(tǒng)實驗平臺搭建
        6.4.2 基于視覺感知的水面無人艇局部避障應用實驗
        6.4.3 障礙物群的水面無人艇局部避障應用實驗
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于邊緣相位編碼的復雜背景下海天線檢測[J]. 孫熊偉,徐青山,蔡熠,石敏,李松.  光學學報. 2017(11)
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碩士論文
[1]USV自適應局部危險規(guī)避方法研究[D]. 王敏捷.哈爾濱工程大學 2012
[2]水面無人艇路徑規(guī)劃算法研究[D]. 盧艷爽.哈爾濱工程大學 2010
[3]海面運動艦船檢測算法研究[D]. 華蕊.天津大學 2009



本文編號：3604715