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。     

无人帆船短途路径规划研究

针对无人帆船短途路径规划问题提出速度最优法,并与传统的A*算法进行对比研究。两种方法的模拟计算结果对比,证明了速度最优法在短途路径规划的合理性,在逆风工况和风场变化频繁条件下明显优于传统A*算法。进一步的帆船模型湖上试验结果验证了速度最优法的实时性,与自动循迹控制程序具有良好的匹配性,可以满足无人帆船的短途航行要求。     

船用爬壁监测机器人避障行走最优路径规划方法

为了解决传统监测机器人避障行走路径规划方法存在的规划误差大、规划耗时长的问题,本文提出一种船用爬壁机器人避障行走最优路径规划方法。构建爬壁监测机器人路径规划的动力学模型,对机器人行走位姿进行调整。采用栅格法构建监测区域内的机器人行走栅格地图。基于构建的动力学模型,在栅格地图中对监测机器人避障行走路径进行规划。实验结果表明,与传统避障行走路径规划方法相比,所提方法的路径规划结果更加准确,能够实现机器人行走的有效避障。     

一种基于AIS数据的船舶航线自动规划方法

为采用航线自动规划技术设计出最优船舶航行路径,提出一种基于船舶自动识别系统(Automatic Identifi-cation System,AIS)数据和航行区域栅格化地图建立环境模型,结合蚁群算法求解最优航线的航线自动规划方法.对航行区域地图进行栅格化处理,利用海量AIS数据定义可通航栅格和障碍物栅格,结合邻接矩阵将栅格地图矩阵化,基于蚁群算法和计算得到的邻接矩阵求取最优规划航线.通过在中国沿海港口进行实例验证,说明该方法在全局最优航线自动规划方面具有经济、便捷、安全的应用效果.     

基于电子海图栅格化的无人水面艇全局路径规划

为解决无人水面艇自主避碰决策中的全局路径规划问题,提出一种基于电子海图栅格化建立环境模型的遗传算法全局路径快速搜索方法。通过对电子海图数据中的海洋环境信息进行提取,采用栅格法建立路径搜索空间的环境模型,并使用栅格标号对路径个体进行编码,利用一种随机快速搜索产生初始种群的改进遗传算法进行路径搜索,提高无人水面艇全局路径规划的收敛速度和优化效率。试验结果表明,采用改进遗传算法进行基于电子海图栅格化的无人艇全局路径规划具有一定的合理性和有效性。     

单一综合评价方法在潜艇操纵性评价中的应用

潜艇操纵性能包含指标众多,操纵性评价不是一个单指标评价问题,而是一个综合评价问题.建立科学合理的综合评价方法对潜艇的操纵性能进行综合评价具有重大现实意义.本文分别应用灰色关联分析法、灰色聚类评价法、模糊综合评价法和物元可拓评价法对某一潜艇的操纵性能进行评价,其中,灰色关联度分析法的预处理采用无量纲化方法,灰色聚类评价过程中采用的白化函数为三角形函数,模糊综合评价法采用岭形分布函数作为隶属函数确定模糊矩阵并应用计算综合评价向量,物元可拓评价法应用距离这一概念将不相容问题量化;最后对评价结果作出分析.     

基于混沌蜂群算法的USV路径规划

针对多障碍物环境下,传统智能算法容易过早收敛、搜索精准度差等问题,为提高路径规划准确性,获得最佳路径,避免碰撞发生,提出一种基于人工蜂群算法的水上无人艇路径规划方法。通过栅格法建模,以无人艇目的地为蜜源,在蜂群信息交换阶段,采用混沌序列产生初始化雇佣蜂,跳出局部最优。与传统人工蜂群算法进行对比,仿真结果表明,混沌蜂群算法在路径优化方面更能找到全局最优路径。     

基于改进蚁群算法的船舶冰区航行路径规划

在北极航道开通的背景下,针对在冰区航行环境中船舶航行路径选择的特殊性,通过改进蚁群算法提高船舶航行路径的规划效果。综合考虑航线距离、航行操作复杂度和流冰规避在内的冰区航行路径影响因素,建立路径选择多目标规划模型,结合人工势场法对蚁群算法进行改进,通过人工势场法获得初始路径和节点间距离因素构造启发信息,并以电子海图为基础建立海冰覆盖率分别为30%和50%情况下的冰区航道环境栅格模型,将算法应用在栅格模型中对算法进行验证。结果表明:该算法实现简单,规划的路径优良,能够有效地满足船舶在冰区复杂环境中航行路径规划的需要。     

融合卡尔曼滤波的VFH避障算法

针对机器人在野外自主作业时遇到的避障问题,提出了卡尔曼滤波算法和VFH算法相结合的新型避障算法.将机器人运动平面划分为一系列具有二值信息的栅格单元,并以机器人为中心将平面分割若干区间,通过获取栅格单元信任度值,计算障碍物栅格的向量值、矢量角以及每个区间的障碍物密度,来构建阈值范围内的安全路径.再融合卡尔曼滤波的预计更新的优点,实现机器人避障的动态路径规划.仿真实验表明:该融合算法解决了在目标点附近转向抖动的问题,摆脱了对周围环境先验认知的依赖,能够准确稳定地实现自主避障.     

重于水型AUV模糊路径规划与优化

为了实现重于水型自治潜器(Heavier-Than-Water Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在未知水下环境中的局部路径规划。首先根据AUV的运动方程和机翼升力特性,在Matlab中建立动力学模型。设计模糊控制器,以声呐对障碍物探测得到的距离和方位信息作为输入量,实现了AUV在水下障碍物环境中的路径规划。最后,为提高AUV的能量利用效率,用遗传算法对模糊控制器的隶属度函数进行优化,并通过仿真试验证明了优化后AUV在避障期间能源消耗更少,说明该路径规划方法具有实际应用价值。     

基于模糊神经网络的水下机器人局部路径规划方法

该文探讨了基于模糊神经网络理论的实时局部路径规划问题,并提出了能实现模糊控制规则的基于强化学习的自学习和自调整的规划算法,设计了水下机器人实时运动规划器结构以及规划器操作过程和相应的算法。仿真实验结果验证了本文所提方法的有效性和可行性。     

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AHP法的游艇造型设计模糊综合评价方法

针对在评价游艇造型设计时，评价指标复杂性和模糊性高的问题，提出将层次分析法和模糊综合法结合在一起进行综合评价。从识别性、艺术性、传达性、实用性和经济性5个方面构建多层次评价指标体系，计算分析权重向量。以Pershing72和Pershing90这2艘豪华游艇为例，结合模糊综合法进行综合评分，结果表明2艘游艇的造型设计均为良好等级。该实例验证了层次分析法和模糊综合评价法结合在一起进行评价的可行性，能为游艇造型设计评价提供一定的指导。     

舰艇综合性能优化中的层次分析模糊综合评判方法及其程序系统开发

将层次分析与模糊综合评判方法相结合,建立一个用于工程设计方案优选和综合性能优化的新方法。开发一个实用程序系统,该系统能够通过层次分析与模糊综合评判方法的结合,以及专家和用户意见的综合,使对设计方案的分析论证及最后优选体现专家的经验和判断及用户的期望。程序结构清晰,界面友好,使用和维护、修改都十分方便。适宜于工程方案论证和优化设计中应用,也可运用于工程及社会管理系统。论文针对舰艇综合性能优化实例,讨论本方法及程序的特点和使用方法。     

潜艇航行深度规划方法研究

指出传统单点航深选择方法的缺陷,提出潜艇航行深度规划的概念。依据潜艇航行深度规划定义,设计潜艇航行深度规划方法。通过仿真结果可以看出:该方法权重选择简单,收敛速度快,能够有效地解决大范围海区中的潜艇航行深度问题。     

基于网络计划模型的施工危险性动态评价方法

危险源评价是公路施工中安全控制管理的关键环节,以往一般是在施工前针对施工项目对象进行危险源辨识并进行危险性评价,常用的评价方法如模糊综合评价法没有体现施工的动态变化特性。文中利用网络计划技术中时标网络图的实时动态分析特性,将其应用到公路施工危险性评价中,对危险源进行精确定位,并做出动态评价。     

船舶航向模糊控制自动舵系统的设计研究

根据传统ＰＩＤ自动舵的优点和不足，提出了一种由自动驾驶系统的航行信息收集模块和自动航迹保持模块，与一种模糊ＰＩＤ控制器一起构成的自动舵系统的设计方法。经过仿真试验证明，该控制器是有效的，而且船舶自动舵系统的性能也有明显提高。     

基于FIE法的雷达侦察设备作战效能评估

利用模糊综合评判理论,结合信息化条件下雷达侦察设备的技术特点和使用特点,给出了基于模糊综合评判法的雷达侦察设备作战效能评估体系结构,为快速、准确的完成雷达侦察设备作战效能评估提供了一种新的途径。研究首先阐述了模糊综合评价方法的模型建立、步骤要点,重点建立了雷达侦察设备效能评估指标体系,并且结合实例说明了模糊综合评价方法在雷达侦察设备效能评估中的应用。     

基于模糊综合评判的潜艇装备生命力评估

模糊综合评判的方法已经在多个领域中获得了广泛的应用,将模糊综合评判的方法引入到对潜艇装备生命力的评估,可以实际解决潜艇在作战过程中对其装备生命力指标的评估问题。通过从模糊综合评判方法的步骤入手,阐明用模糊综合评判对装备生命力评估的依据,举例说明模糊综合评判方法对潜艇主推进系统生命力的评估效果。