基于模糊改进人工势场法的无人船路径规划研究

自主、高效巡航是对无人船提出的基本要求,为满足这一要求,需要为无人船配备路径规划系统.通过该系统,能够在无人船遇到障碍物时重新规划路径,使无人船避开障碍物,顺利到达目的地,完成任务.人工势场法是路径规划常用的一种方法,实际应用中发现该方法存在不足,为满足无人船路径规划需要,对人工势场法进行模糊改进.     

大型自主水下机器人全局静态与局部动态融合路径规划方法

针对大型自主水下机器人在做全局路径规划时面临环境建模复杂,算法求解能力弱以及面对局部动态障碍时自主性低,避障路径规划困难等问题,采用极坐标表示形成路径同心圆,在严格机动性约束下提出基于改进粒子群算法和速度障碍法的全局静态与局部动态相融合的路径规划方法。在极坐标表示的环境模型中,在全局静态规划中引入最优粒子"变异"过程提升算法求解能力;在局部动态规划中利用速度障碍法求解局部碰撞范围和安全路径区域以保证避障路径最优。实验结果表明,与传统粒子群和遗传算法相比,改进方法在全局静态规划中路径更短、求解能力更强,局部动态规划能够得到出最优避障路径。     

中小组立机器人焊接路径规划技术

针对船舶中小组立机器人焊接路径规划问题，提出一种基于点位分类结合快速搜索随机树的焊接路径规划方法。该方法根据工程实践将路径上的关键点位进行分类，使用随机树扩展点位之间的节点，并根据点位类型确定轨迹点需要满足的约束条件，以此构建完整的焊接路径。为验证该方法的有效性，使用Python编写的仿真程序分别模拟无障碍及有障碍环境中的路径规划效果，证明无论有无障碍均可生成焊接路径并且生成的路径可顺利避开障碍物。仿真结果表明，该方法可用于机器人焊接路径规划。     

航母编队补给船动态补给路径规划模型及算法研究

针对战时航母编队海上补给路径规划的动态性以及国内缺乏在海上动态补给路径规划方面的研究,建立了DRRSPTW问题的数学模型,设计了针对动态补给路径规划问题的两阶段求解策略,并提出了改进C-W算法来修正动态局部补给路径。最后选取了一种典型航母编队补给船动态补给路径作为案例,进行了实例分析,得到了预期补给路径规划方案和补给路径修正图,以及新增作战舰艇补给需求后的补给路径规划方案和补给路径修正图。实例结果验证了该模型与方法的合理性。     

一种基于改进PSO的无人机航路规划方法

针对无人机航路规划问题,提出了一种改进的粒子群的无人机航路规划方法.该方法将UAV的航路规划问题通过目标转换,形成一个考虑威胁优先,路径优化其次的单目标航路优化问题,并引入局部搜索改进粒子群算法求解该问题的收敛性.仿真结果证明了该方法对解决无人机的航路规划问题高效可行.     

电子商务环境下舰船供应链物流配送最优路径规划方法

传统舰船供应链物流配送最优路径规划方法,普遍采用一种最优计算算法来完成最优量的计算。当计算出的最优量同实际路径发生冲突时,算法无法快速给出当下最优路径解决方案,严重影响物流配送时效。因此,提出电子商务环境下舰船供应链物流配送最优路径规划方法。根据舰船配送货物特征,通过迪杰斯特拉算法对货物配送路径进行多路径规划模型建立,使其模型中的路径能够符合全局配送过程的需要;通过实时优化蚁群算法对模型中的规划路径进行实时最优计算,保证舰船任意状态下的航行路径均为最优路径。对传统路径规划方法所规划的路径与提出方法所规划的路径进行最优路径的二次规划测试,通过二次最优规划所用时间,证明提出方法在路径实时最优规划上优于传统路径规划方法。     

基于高精地图的自动化码头ART动态路径规划研究

针对自动化集装箱码头ART路径规划问题，在分析运输车辆运动学特性的基础上，提出一种基于动态高精地图的自动化码头ART动态路径规划方法，通过高精地图实时存储和更新港区道路信息，利用北斗卫星定位技术精准获取ART位置，设计A-star算法为ART规划全局最优作业路径，结合局部精细化引导和单车执行控制策略完成ART转弯和避障等动作，为作业过程中ART规划出最优行驶路径。与现有技术相比，该方法根据道路实际情况动态调整线路，可缩短运输行车时间，提高水平运输效率。     

基于改进NSGA-Ⅲ的船舶路径规划方法

针对船舶路径规划过程中存在多个目标的问题,将船舶路径规划转化为多目标优化问题,提出一种基于改进NSGA-Ⅲ的船舶路径规划方法。研究建立以船舶航路安全性、平滑度及航程为优化目标的数学模型,并设计改进NSGA-Ⅲ求解模型。在种群初始化过程中,引入一种基于有向无环图的种群初始化方法。在种群进化过程中,引入安全算子、平滑算子、最短路径算子及快速修复算子以提高算法收敛速度。试验结果表明,基于改进NSGA-Ⅲ的船舶路径规划方法提高了规划效率,能够得到较好的规划结果。     

基于禁忌搜索算法的无人船路径规划

针对传统A^*算法在规划路径过程中存在所拓展路径非全局最优路径的问题,提出一种禁忌搜索算法对其进行优化,将已搜索路径放入禁忌表中进行多次迭代,将迭代结果进行比较产生最优路径。为进一步验证禁忌搜索算法优化的有效性,在阑珊格搭建的海域环境中进行仿真比较,结果表明,相比于A^*算法和人工势场法,禁忌搜索优化算法在无人船路线规划中凭借其全局性能够更准确地规划出最优路径。     

蚁群算法在巡航导弹航路规划中的应用

针对巡航导弹的航路规划问题,提出了一种应用蚁群算法在连续空间中的航路搜索方法,并进行了仿真验证.建立了将数字地图和战场环境信息转化为航路搜索空间的航路代价模型,通过一元多项式函数逼近航路的水平投影将航路搜索问题转为求解连续空间优化问题,而后将蚁群算法拓展到该问题的求解.仿真表明,蚁群算法可以在连续空间的航路规划中得到较好的搜索效果.     

大范围环境下自主式水下潜器两种全局路径规划方法的研究

应用遗传算法(GA)和A·算法对自主式水下潜器(简称AUV)在大范围海洋环境中的全局路径规划问题进行了研究.介绍了基于栅格的环境模型及其数据结构,讨论了GA的染色体编码方式、基于知识的初始种群生成方法与适应度函数,基于领域知识设计了五种遗传算子,给出了A·算法的具体实现方法.通过仿真结果可以看出:GA采用可变长编码方式使路径描述简单、清晰,具有收敛速度快、求解实际问题效率高的特点;A*算法可在较短时间内求得相对栅格优化的路径.两种算法均可满足系统实时性要求.     

智能水下机器人路径规划方法综述

路径规划方法是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现自主航行和作业的关键环节。本文将水下机器人的路径规划方法按智能程度分为传统和智能两大类。传统方法包括基于路线图构建的路径规划方法、基于单元分解的路径规划方法以及基于人工势场的路径规划方法,智能方法包括基于群智能的路径规划方法和基于机器学习的路径规划方法。针对水下机器人规划环境的特点,分别对这几类典型方法进行总结与评价,重点分析了智能方法的优缺点和关键问题,最后展望智能水下机器人路径规划的未来研究方向。     

Path planning method for unmanned surface vehicle with controllable distance from obstacles北大核心CSCD

[目的]为了解决水面无人艇(USV)路径规划中安全性和平滑性方面的问题,提出一种与障碍物距离可控的USV路径规划方法。[方法]首先,结合雷达图像生成栅格化环境信息,利用维诺场算法(VFA)为每个栅格添加危险势场并建立航行界限;其次,建立与航行界限关联的危险度函数对A^(*)算法的评价函数进行改进,利用改进的A^(*)算法进行路径规划;最后,针对航行路径转向角较大的问题,采用梯度下降法(GDM)进行航行路径的平滑处理,得到满足USV实际航行要求的连续平滑路径。[结果]仿真结果表明,所提路径规划方法通过设置不同的航行界限可以实现路径与障碍物之间距离的控制且平滑性符合航行要求。[结论]该方法在USV路径规划过程中具有一定的合理性和有效性,可为USV自主避障决策提供参考。     

AUV cluster path planning based on improved RRT* algorithm北大核心CSCD

[目的]针对微小型欠驱动自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)集群控制问题,设计一种基于改进RRT^(*)算法的编队控制策略。[方法]RRT^(*)算法规划的路径陡变难以跟踪且收敛速度较慢,针对该问题提出改进方法。首先加入偏置函数使随机采样点靠近目标点,然后采用Dubins曲线平滑连接采样点,通过在可变半径范围内重新布线,并设计有关曲线长度与避障的代价函数,选择最优路径。依据代价和最小值为多AUV分配集结点,协调多AUV速度完成最小集结时间约束,随后设计基于Dubins路径的分段向量场构造方法,使得多AUV跟踪规划路径,到达目标集结点时速度与方向保持一致。[结果]仿真结果表明,多AUV编队平均路径长度缩短26.6%,平均集结时间缩短21.7%。[结论]该算法路径规划质量高,可顺利完成编队集结任务。     

基于改进支持向量机(SVM)模型的荆州港吞吐量预测

在编制港口总体规划过程中,港口吞吐量的预测对于提出规划方案至关重要,支持向量机(SVM)方法是港口吞吐量预测较为常见和有效的预测方法。针对港口吞吐量预测影响因素复杂的问题,以荆州港总体规划为实例,研究分析了影响港口吞吐量的主要指标因素。在采用SVM预测方法的基础上,运用遗传算法(GA)、网格搜索算法(GS)对SVM模型主要参数进行优化改进,GA-SVM和GS-SVM模型预测结果都是在支持向量机预测方法的基础上,采用遗传算法和GS方法对支持向量机模型的主要参数进行优化和改进,并用MSE和R2检验了遗传支持向量机和GS支持向量机模型的预测结果。改进后的SVM模型是在当前研究成果基础上提出的一种新港口吞吐量预测方法,可将该模型在港口总体规划工作中进行推广应用。     

加权支持向量回归算法在运力预测中的应用

支持向量机(Support Vector Machines,SVM)是基于统计学习理论框架下的一种新的通用机器学习方法,是一种处理非线性分类和非线性回归的有效方法。由于具有完备的理论基础和出色的学习性能,该技术已成为当前国际机器学习界的研究热点,能较好地解决小样本、高维数、非线性和局部极小点等实际问题。近来,SVR方法被引入求解回归和预测问题,并在各领域中得到广泛的应用。本文在分析现有基于高斯核的支持向量回归方法优缺点的基础上,突破目前在构造支持向量机中存在的"所有支持向量与样本之间的在特征空间中的内积所对应的核函数参数一定要相等"的这一思维定势,提出了一种新的算法——"基于高斯核参数加权的支持向量回归机"算法,并将该算法应用在世界散货船队运力预测中。估算结果证明了这种改进的支持向量回归算法在船队运力预测中的有效性和实用性。     

基于虚拟势场理论的AUV局部路径规划方法

针对自治式水下潜器（AUV）局部路径规划问题，基于虚拟势场理论研究，提出了虚拟力概念，并设计了一种改进型虚拟势场局部规划算法，解决了经典虚拟势场能算法中存在的零合力与U型障碍的局部极小问题：当AUV陷入局部极小时通过调用相应的逃避算法来摆脱局部极点。仿真结果验证了该算法对于克服虚拟势场能中存在的局部极点的有效性和可行性。     

基于最优控制的双喷推无人艇路径跟踪方法

针对双喷推无人艇自主航行时的路径跟踪问题,采用最优控制的方法进行求解。根据双喷推无人艇的动力学特性建立双喷推无人艇三自由度运动方程,并由任务需求设定目标函数;在此基础上,根据航行实况建立约束条件,从而得到求解双喷推无人艇路径跟踪问题的数学模型。通过建立含有拉格朗日松弛项的哈密顿函数,将带有复杂约束的优化问题转化为无约束优化问题,采用粒子群优化算法求解最优拉格朗日乘子,并将其代入哈密顿函数;采用广义梯度下降法对数学模型进行求解,得到最优的喷泵电机转速,从而实现对双喷推无人艇的路径跟踪控制。设计实船试验验证方法的有效性,双喷推无人艇路径跟踪试验结果表明,双喷推无人艇实测的轨迹与设定轨迹的最大偏差不超过3m,该方法具有可行性和实用性。     

一种混合优化的全局路径规划算法

针对全局路径规划研究中遗传算法存在搜索范围广而导致收敛速度慢的问题,本文提出一种混合优化的全局路径规划方法,完成对图像读取、处理后使用A*算法预处理缩小可行区域从而提高收敛速度。所提出的混合优化规划方法主要优化遗传算法的初始种群,在不影响最终路线的情况下,缩小初始种群的搜索范围,提高算法进行全局路径规划的速度,快速有效的规划出全局路线。另外本文给出一种评价体系对规划结果进行定量的避障评价,评价结果能够以数值形式对规划结果进行综合评价,评价结果显示通过混合优化算法规划出的路径具有更佳的安全性。     

基于AQPSO算法的圆碟形水下滑翔机路径规划

为解决复杂海洋环境影响下圆碟形水下滑翔机的路径规划问题,采用多黏性Lamb涡叠加方法模拟洋流环境模型。以最小能量消耗为优化目标,结合B-spline方法生成光滑的曲线路径,采用自适应性基于量子行为的粒子群优化算法对圆碟形水下滑翔机的路径选择进行优化求解。将该算法与粒子群优化算法和基于量子行为的粒子群优化算法相对比,仿真结果验证了各算法在求解航行路径问题方面的有效性。此外,基于能耗最优原则分析各算法的适用性。