本文關(guān)鍵詞：水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)路徑規(guī)劃的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的路徑規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)大范圍水質(zhì)巡檢和突發(fā)水質(zhì)污染事件應(yīng)急監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對河道湖面具有不規(guī)則邊界且可能存在障礙物的特點(diǎn),研究了一種結(jié)合全局路徑規(guī)劃和局部動(dòng)態(tài)避障的混合路徑規(guī)劃方法。首先根據(jù)已知的河道湖面信息,利用改進(jìn)遺傳算法規(guī)劃出一條全局路徑；沿著該全局路徑,采用結(jié)合障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測模型和速度障礙避障模型的局部避障方法,實(shí)現(xiàn)了對未知障礙物的有效避障。另外,本文還對現(xiàn)有的水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)做了改進(jìn)以滿足避障功能的要求。本文主要研究內(nèi)容和特色如下：(1)針對河道湖面具有不規(guī)則邊界且可能存在已知障礙物的情形,研究了一種結(jié)合改進(jìn)柵格法和遺傳算法的全局路徑規(guī)劃方法。首先利用改進(jìn)柵格法對環(huán)境空間進(jìn)行建模,選取障礙物特征點(diǎn)進(jìn)行路徑編碼；然后對傳統(tǒng)遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子及其參數(shù)等進(jìn)行改進(jìn)；最后利用改進(jìn)遺傳算法對路徑編碼進(jìn)行搜索,獲得一條平滑較短的航行路徑。仿真結(jié)果表明,該方法不僅可以加快算法的搜索速度和找到較優(yōu)的全局路徑,而且能有效地解決路徑規(guī)劃中的凹形障礙物“陷阱”問題。(2)針對水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)在沿全局路徑航行時(shí)會(huì)遇到未知障礙物的問題,研究了一種將障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測模型與速度障礙避障模型相結(jié)合的局部避障方法。首先根據(jù)水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的傳感信息,建立障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測模型；然后結(jié)合速度障礙避障模型和局部目標(biāo)點(diǎn),采用相應(yīng)的避障控制策略對障礙物進(jìn)行避障。仿真結(jié)果表明,該方法對靜態(tài)障礙物和移動(dòng)障礙物的自動(dòng)規(guī)避均適用,且能在考慮到已規(guī)劃全局路徑信息的前提下,規(guī)劃出較優(yōu)的避障軌跡。(3)為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的自動(dòng)避障功能,本文在現(xiàn)有水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下改進(jìn)：在水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)上增加了超聲波檢測模塊、航向角檢測模塊、速度檢測模塊和無線WIFI模塊,采用WIFI方式實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端與水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)之間的通信；設(shè)計(jì)新的監(jiān)控中心上位機(jī)軟件和手機(jī)終端APP,實(shí)時(shí)顯示水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的狀態(tài)信息；編寫避障算法程序,并對整個(gè)系統(tǒng)的改進(jìn)功能和避障算法進(jìn)行了實(shí)測。
【關(guān)鍵詞】：水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測 水質(zhì)巡檢 全局路徑規(guī)劃 局部避障
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X84
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國內(nèi)水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 國外水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測現(xiàn)狀的研究小結(jié)16
• 1.3 路徑規(guī)劃方法研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 環(huán)境建模17-18
• 1.3.2 路徑搜索算法18-21
• 1.3.3 路徑規(guī)劃方法的研究小結(jié)21
• 1.4 本文的主要任務(wù)及組織結(jié)構(gòu)21-24
• 第2章 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的全局路徑規(guī)劃方法24-42
• 2.1 全局路徑規(guī)劃問題24
• 2.2 河道湖面的環(huán)境建模24-29
• 2.2.1 環(huán)境空間的柵格化25-27
• 2.2.2 基于障礙物特征點(diǎn)的路徑編碼方法27-29
• 2.3 改進(jìn)遺傳算法29-33
• 2.3.1 個(gè)體編碼29
• 2.3.2 初始種群29-30
• 2.3.3 適應(yīng)度函數(shù)30-31
• 2.3.4 遺傳算子31-32
• 2.3.5 交叉、變異概率的確定32-33
• 2.3.6 結(jié)束條件33
• 2.4 結(jié)合障礙物特征點(diǎn)和改進(jìn)遺傳算法的路徑規(guī)劃33-35
• 2.5 仿真實(shí)驗(yàn)35-40
• 2.5.1 常規(guī)障礙物環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)37-38
• 2.5.2 凹形障礙物環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 第3章 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的局部避障方法42-66
• 3.1 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中的避障問題42-43
• 3.2 基于攝像頭和超聲波的障礙物相關(guān)參數(shù)檢測43-49
• 3.2.1 障礙物提取43-46
• 3.2.2 障礙物位置信息檢測46-47
• 3.2.3 障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算47-49
• 3.3 障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測模型49-50
• 3.4 避障控制算法的研究50-56
• 3.4.1 速度障礙避障模型51-53
• 3.4.2 結(jié)合障礙物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測模型和速度障礙避障模型的控制策略53-56
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)56-65
• 3.5.1 靜態(tài)障礙物環(huán)境下的避障仿真實(shí)驗(yàn)56-57
• 3.5.2 移動(dòng)障礙物環(huán)境下的避障仿真實(shí)驗(yàn)57-65
• 3.6 本章小結(jié)65-66
• 第4章 避障算法在水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)上的應(yīng)用66-80
• 4.1 現(xiàn)有水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的組成66-68
• 4.1.1 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)66-68
• 4.1.2 監(jiān)控中心68
• 4.1.3 手機(jī)終端控制器68
• 4.2 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)68-77
• 4.2.1 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的硬件改進(jìn)68-71
• 4.2.2 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)的軟件改進(jìn)71-72
• 4.2.3 監(jiān)控中心的軟件改進(jìn)72-74
• 4.2.4 手機(jī)終端控制器的軟件改進(jìn)74-76
• 4.2.5 改進(jìn)后水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程76-77
• 4.3 避障算法的編程77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第5章 水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的功能測試80-88
• 5.1 樣機(jī)展示80-81
• 5.2 新增模塊的性能測試81-85
• 5.2.1 無線WIFI模塊測試81-82
• 5.2.2 超聲波檢測模塊測試82-83
• 5.2.3 速度檢測模塊測試83-84
• 5.2.4 航向角檢測模塊測試84-85
• 5.3 避障算法測試85-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 第6章 總結(jié)與展望88-90
• 6.1 總結(jié)88-89
• 6.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和發(fā)表的論文96

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)路徑規(guī)劃的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：396531