水面无人艇的路径规划及避碰方法研究
发布时间：2022-12-05 03:50
随着经济全球化的不断发展,世界人口数量的日益增长,人类探寻与挖掘新能源的方向已经逐渐从陆地资源开始转向了海洋资源。作为探索未知海洋环境的主要工具,水面无人艇的智能应用方面的相关研究也越来越得到广泛的关注,朝着功能标准化,人工智能化,系统体系化的方向发展。而路径规划避碰则是水面无人艇自主控制研究的关键所在。由于海洋环境是复杂多变的,还要时刻考虑到海上风浪流对水面无人艇的干扰作用。所以,水面无人艇在进入水域之前,会先根据已知的相关海洋环境信息规划出一条全局的路径,进入水域后,无人艇会按照已经规划好的路线进行航行。并且由于事先无法预知在航行过程中可能会出现的种种状况（突发的船只,漂流物体等等）,因此,水面无人艇在航行的过程中也要时时地检测周围的状况获取周围环境的信息,对于这些突发情况,水面无人艇应该能够迅速地察觉到,并针对不同的情况做出准确快速的应对,调整自身的航行状态,最终规避开障碍物体,按照任务需求到达指定的目标点。本文对于水面无人艇路径规划避碰方法的研究主要是从两个方面进行着手的。一个基于遗传算法GA的静态全局路径规划,另一个是遗传算法和滑动窗口法相结合的动态避碰。首先采用遗传算法进行...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的意义
1.2 水面无人艇避碰概述
1.3 障碍物智能规避的算法研究
1.4 水面无人艇路径规划避碰研究现状
1.4.1 国外水面无人艇路径规划避碰技术研究
1.4.2 国内水面无人艇路径规划避碰技术研究
1.5 研究内容及结构安排
第2章 水面无人艇避碰相关问题研究
2.1 水面无人艇的避碰问题
2.2 运动参数的数学模型
2.3 海洋环境干扰模型
2.3.1 风力干扰模型
2.3.2 海浪干扰模型
2.3.3 海流干扰模型
2.4 水面无人艇海上避碰约束规则
2.5 碰撞危险度的计算
2.6 本章小结
第3章 基于GA的水面无人艇全局路径规划
3.1 遗传算法
3.2 基于遗传算法的路径规划过程
3.2.1 编码过程
3.2.2 初始化过程
3.2.3 适应度函数
3.2.4 进化操作
3.3 水面无人艇静态全局路径规划设计
3.4 本章小结
第4章 水面无人艇的动态避碰
4.1 已知动态障碍物的避碰模型
4.2 基于GA的动态路径规划
4.2.1 适应度函数的确定
4.2.2 避碰终止位置的确定
4.2.3 算法实现过程
4.3 滑动窗口动态路径规划方法
4.3.1 滑动窗口法概述
4.3.2 滑动窗口的路径规划过程
4.3.3 滑动窗口的监测范围
4.3.4 滑动窗口子目标点的确定
4.3.5 无人艇动态避碰情况研究
4.3.6 基于滑动窗口的无人艇动态避碰
4.4 本章小结
第5章 水面无人艇路径规划避碰方法仿真
5.1 水面无人艇路径规划策略
5.2 水面无人艇路径规划避碰仿真
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水面无人艇分层策略局部危险规避[J]. 唐平鹏,张汝波,史长亭,杨歌,刘德丽. 应用科学学报. 2013(04)
[2]水面无人艇危险规避方法[J]. 庄佳园,张国成,苏玉民,张磊,孙寒冰. 东南大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[3]水面无人艇模糊近域图避障方法研究[J]. 王敏捷,张汝波. 计算机工程. 2012(21)
[4]基于航海雷达的水面无人艇局部路径规划[J]. 庄佳园,苏玉民,廖煜雷,孙寒冰. 上海交通大学学报. 2012(09)
[5]水面无人艇发展与应用[J]. 李家良. 火力与指挥控制. 2012(06)
[6]水面无人艇近程反应式危险规避方法研究[J]. 唐平鹏,乔梁,张汝波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S2)
[7]无人水面航行器发展[J]. 周洪光,马爱民,夏朗. 国防科技. 2009(06)
[8]水上机器人三维实时避障算法研究[J]. 马闯,殷波,马文帅. 微计算机信息. 2009(08)
[9]高速无人艇动目标避碰规划方法研究[J]. 庄肖波,齐亮. 舰船电子工程. 2008(12)
[10]基于双重遗传算法机制的路径规划[J]. 卢瑾,杨东勇. 系统仿真学报. 2008(08)
博士论文
[1]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
[2]无人艇操纵性与智能控制技术研究[D]. 吴恭兴.哈尔滨工程大学 2011
[3]基于操纵模拟的桥区水域船舶通航安全预控研究[D]. 徐言民.上海交通大学 2010
[4]基于粒子群优化算法的水下潜器实时路径规划技术研究[D]. 祖伟.哈尔滨工程大学 2008
[5]动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划[D]. 庄慧忠.浙江大学 2005
[6]粒子群优化算法的理论及实践[D]. 张丽平.浙江大学 2005
硕士论文
[1]水面无人艇路径规划算法研究[D]. 卢艳爽.哈尔滨工程大学 2010
[2]USV自适应局部危险规避方法研究[D]. 王敏捷.哈尔滨工程大学 2012
[3]无人艇自动避碰策略的研究[D]. 王哲.大连海事大学 2013
[4]基于进化计算的多智能体机器人路径规划研究[D]. 雷小宇.中南大学 2008
本文编号：3709619
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的意义
1.2 水面无人艇避碰概述
1.3 障碍物智能规避的算法研究
1.4 水面无人艇路径规划避碰研究现状
1.4.1 国外水面无人艇路径规划避碰技术研究
1.4.2 国内水面无人艇路径规划避碰技术研究
1.5 研究内容及结构安排
第2章 水面无人艇避碰相关问题研究
2.1 水面无人艇的避碰问题
2.2 运动参数的数学模型
2.3 海洋环境干扰模型
2.3.1 风力干扰模型
2.3.2 海浪干扰模型
2.3.3 海流干扰模型
2.4 水面无人艇海上避碰约束规则
2.5 碰撞危险度的计算
2.6 本章小结
第3章 基于GA的水面无人艇全局路径规划
3.1 遗传算法
3.2 基于遗传算法的路径规划过程
3.2.1 编码过程
3.2.2 初始化过程
3.2.3 适应度函数
3.2.4 进化操作
3.3 水面无人艇静态全局路径规划设计
3.4 本章小结
第4章 水面无人艇的动态避碰
4.1 已知动态障碍物的避碰模型
4.2 基于GA的动态路径规划
4.2.1 适应度函数的确定
4.2.2 避碰终止位置的确定
4.2.3 算法实现过程
4.3 滑动窗口动态路径规划方法
4.3.1 滑动窗口法概述
4.3.2 滑动窗口的路径规划过程
4.3.3 滑动窗口的监测范围
4.3.4 滑动窗口子目标点的确定
4.3.5 无人艇动态避碰情况研究
4.3.6 基于滑动窗口的无人艇动态避碰
4.4 本章小结
第5章 水面无人艇路径规划避碰方法仿真
5.1 水面无人艇路径规划策略
5.2 水面无人艇路径规划避碰仿真
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水面无人艇分层策略局部危险规避[J]. 唐平鹏,张汝波,史长亭,杨歌,刘德丽. 应用科学学报. 2013(04)
[2]水面无人艇危险规避方法[J]. 庄佳园,张国成,苏玉民,张磊,孙寒冰. 东南大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[3]水面无人艇模糊近域图避障方法研究[J]. 王敏捷,张汝波. 计算机工程. 2012(21)
[4]基于航海雷达的水面无人艇局部路径规划[J]. 庄佳园,苏玉民,廖煜雷,孙寒冰. 上海交通大学学报. 2012(09)
[5]水面无人艇发展与应用[J]. 李家良. 火力与指挥控制. 2012(06)
[6]水面无人艇近程反应式危险规避方法研究[J]. 唐平鹏,乔梁,张汝波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S2)
[7]无人水面航行器发展[J]. 周洪光,马爱民,夏朗. 国防科技. 2009(06)
[8]水上机器人三维实时避障算法研究[J]. 马闯,殷波,马文帅. 微计算机信息. 2009(08)
[9]高速无人艇动目标避碰规划方法研究[J]. 庄肖波,齐亮. 舰船电子工程. 2008(12)
[10]基于双重遗传算法机制的路径规划[J]. 卢瑾,杨东勇. 系统仿真学报. 2008(08)
博士论文
[1]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
[2]无人艇操纵性与智能控制技术研究[D]. 吴恭兴.哈尔滨工程大学 2011
[3]基于操纵模拟的桥区水域船舶通航安全预控研究[D]. 徐言民.上海交通大学 2010
[4]基于粒子群优化算法的水下潜器实时路径规划技术研究[D]. 祖伟.哈尔滨工程大学 2008
[5]动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划[D]. 庄慧忠.浙江大学 2005
[6]粒子群优化算法的理论及实践[D]. 张丽平.浙江大学 2005
硕士论文
[1]水面无人艇路径规划算法研究[D]. 卢艳爽.哈尔滨工程大学 2010
[2]USV自适应局部危险规避方法研究[D]. 王敏捷.哈尔滨工程大学 2012
[3]无人艇自动避碰策略的研究[D]. 王哲.大连海事大学 2013
[4]基于进化计算的多智能体机器人路径规划研究[D]. 雷小宇.中南大学 2008
本文编号：3709619
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