本文關(guān)鍵詞：USV路徑規(guī)劃算法的研究

  更多相關(guān)文章： 水面無(wú)人艇 體系結(jié)構(gòu) 行為 多目標(biāo)優(yōu)化 算法

【摘要】：隨著科技的飛速發(fā)展,裝備的無(wú)人化程度不斷提高,水面無(wú)人艇在軍事和民用領(lǐng)域的作用日漸突出,其發(fā)展受到世界各國(guó)高度關(guān)注。自主航行作為水面無(wú)人艇的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),朝著模塊化、體系化、智能化方向發(fā)展不斷發(fā)展。水面無(wú)人艇在執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要高度的自適應(yīng)性和智能化程度,在復(fù)雜的海洋環(huán)境中實(shí)時(shí)、自動(dòng)的規(guī)劃出一條安全、經(jīng)濟(jì)、高效的路徑。路徑規(guī)劃分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。其中全局路徑規(guī)劃算法的研究已經(jīng)比較成熟,本文在全局路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上,主要研究了水面無(wú)人艇按照全局路徑航行時(shí),在有動(dòng)態(tài)物標(biāo)的環(huán)境下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避讓,規(guī)劃出符合海上避碰規(guī)則的局部路徑。本文首先簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)外水面無(wú)人艇的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì);接著分析了智能體控制體系架構(gòu)和水面無(wú)人艇應(yīng)當(dāng)遵守的國(guó)際海上避碰規(guī)則。提出將混合式控制體系架構(gòu)運(yùn)用到水面無(wú)人艇的路徑規(guī)劃算法中,在慎思層利用柵格法對(duì)靜態(tài)海洋環(huán)境建模,運(yùn)用A星算法進(jìn)行全局路徑規(guī)劃,并且將規(guī)劃好的航路點(diǎn)信息發(fā)送到反應(yīng)層;在反應(yīng)層,運(yùn)用反應(yīng)式行為的感知—規(guī)劃模式進(jìn)行局部路徑規(guī)劃。位于反應(yīng)層的局部路徑規(guī)劃中有航路點(diǎn)行為、動(dòng)態(tài)避碰行為,水面無(wú)人艇雖然能避開移動(dòng)物標(biāo),但規(guī)劃出的路徑不一定滿足避碰規(guī)則的要求,容易給有人船只的航行安全造成影響。本文在動(dòng)態(tài)避碰行為的基礎(chǔ)上融合海上避碰規(guī)則,在動(dòng)態(tài)避碰行為中加入一個(gè)符合規(guī)則要求的參數(shù),構(gòu)建對(duì)遇行為、交叉相遇行為。當(dāng)有多個(gè)行為參與到對(duì)艇的控制中時(shí),運(yùn)用多目標(biāo)優(yōu)化算法,采用分支定界法對(duì)決策空間進(jìn)行搜索,提高搜索效率,快速生成控制決策。最后基于開源軟件進(jìn)行有針對(duì)性的程序開發(fā)和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了水面無(wú)人艇沿規(guī)劃好的全局路徑航行中,設(shè)計(jì)了對(duì)遇和交叉相遇兩種會(huì)遇局面,進(jìn)行基于行為的實(shí)時(shí)避讓有碰撞危險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)物標(biāo)的仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果滿足作業(yè)任務(wù)的需求及避碰規(guī)則的要求,驗(yàn)證了算法的合理性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：水面無(wú)人艇 體系結(jié)構(gòu) 行為 多目標(biāo)優(yōu)化 算法
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 選題背景9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)12-13
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第2章 USV路徑規(guī)劃的概念15-25
• 2.1 智能體控制體系結(jié)構(gòu)15-17
• 2.1.1 慎思結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 反應(yīng)式結(jié)構(gòu)16
• 2.1.3 慎思/反應(yīng)混合結(jié)構(gòu)體系16-17
• 2.2 路徑規(guī)劃算法17-23
• 2.2.1 全局路徑規(guī)劃算法17-21
• 2.2.2 局部路徑規(guī)劃算法21
• 2.2.3 混合式結(jié)構(gòu)下路徑規(guī)劃方案21-23
• 2.3 混合式結(jié)構(gòu)體系下融合避碰規(guī)則23-25
• 2.3.1 國(guó)際海上避碰規(guī)則概述23
• 2.3.2 基于規(guī)則的對(duì)體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)23-25
• 第3章 基于行為的反應(yīng)式路徑規(guī)劃算法25-36
• 3.1 USV控制結(jié)構(gòu)25-26
• 3.2 多目標(biāo)優(yōu)化算法26-31
• 3.2.1 基于行為的智能控制體系結(jié)構(gòu)26-27
• 3.2.2 行為選擇機(jī)制27-28
• 3.2.3 多目標(biāo)優(yōu)化算法28-31
• 3.3 多目標(biāo)優(yōu)化求解算法31-36
• 3.3.1 分支定界32-33
• 3.3.2 多目標(biāo)優(yōu)化求解33-36
• 第4章 基于避碰規(guī)則對(duì)算法的改進(jìn)36-51
• 4.1 行為的概念36
• 4.2 行為的構(gòu)建36-43
• 4.2.1 航路點(diǎn)行為36-40
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)避碰行為40-43
• 4.3 IvP函數(shù)43-44
• 4.4 基于避碰規(guī)則的行為44-51
• 4.4.1 對(duì)遇局面下的行為45-47
• 4.4.2 交叉相遇局面下的行為47-49
• 4.4.3 行為函數(shù)融合避碰規(guī)則49-51
• 第5章 算法程序設(shè)計(jì)51-58
• 5.1 程序功能設(shè)計(jì)52-53
• 5.2 局部路徑規(guī)劃的設(shè)計(jì)53-55
• 5.2.1 路徑規(guī)劃器組成及功能53-54
• 5.2.2 自主決策模塊的原理54-55
• 5.3 行為實(shí)現(xiàn)的類55-58
• 第6章 仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析58-63
• 6.1 采用A星算法實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃58-59
• 6.2 基于反應(yīng)式行為的局部路徑規(guī)劃59-63
• 6.2.1 對(duì)遇局面59-61
• 6.2.2 交叉相遇局面61-63
• 總結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-69
• 作者簡(jiǎn)介69

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