基于多目标的无人艇避碰决策方法研究

发布时间：2020-07-15 02:15

【摘要】：与船舶避碰决策系统不同,无人避碰系统因为无人参与,所以在技术上有更高的要求。本课题与上海某所无人艇试验相结合,为无人艇提供避碰决策系统。该系统从显控台接受计划航线,获取传感器信息,然后得出避碰决策发送给航行控制器,使得无人艇在按计划航行时能够避开动静态障碍。整个避碰过程首先需要对获取的信息进行相关的参数计算,包括运动参数、航段判断以及坐标转换等,再结合专家经验建立最小安全会遇领域模型,然后以这些信息为输入,进行危险度评估。若有危险则进入算法避碰决策过程,得到安全路径输出给控制器。本课题中分别采用人工势场法和几何避碰法两种算法实现避碰决策系统。且建立了避碰决策系统的评价指标,以便对避碰行动优劣进行评估。对于人工势场法避碰决策系统,首先建立人工势场模型,解决人工势场法中局部最小问题,然后采用几何建模的方式对静态环境建模,且基于安全性考虑对动态障碍进行建模。最后针对人工势场法输出路径点过多不符合控制器要求的问题,建立了路径点过滤模型。对于几何避碰决策系统,首先对基本概念以及几何避碰原理做了简要介绍,建立了规避高速艇模型和规避低速艇模型。然后对海事规则中的会遇情形和行动幅度进行讨论,将几何避碰模型与海事规则相结合,确定了安全航向和复航时机模型。最后针对几何避碰多艇过程提出了三种方案并对其性能分析。对人工势场法系统的仿真结果表明,能够避开动静态障碍,但是避碰行动评分不高,且并不符合海事规则,实验结果表明系统需要考虑控制器延时问题。而对几何避碰系统的仿真结果表明对动态障碍有较优的避碰行动。综上,人工势场法对于静态障碍有很好的避让效果,但是对于动态障碍规避效果不如几何避碰。几何避碰则能够结合海事规则,避碰行动和幅度都能建立模型进行限制和优化,但是不能规避静态障碍,且几何避碰通过避碰航向和复航时机计算得到避碰路径点只有一个,不满足复杂情况下的避碰要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.82
【图文】：

避碰决策

无人艇的研究有待深入，现有航天科工集团研发的“天“天象”是一艘民用无人水面艇，拥有遥控和自主两种7]。其中自主航行模式能够根据预设航迹航行，并且能够工程大学对无人艇也展开了积极的研究，包括目标识别以及自主航行控制器等技术。其中和沈阳新光公司合作航定位设备，且拥有多种技术。随着对无人艇技术研究得突破性进展，实现了自主研发的无人水面艇在南海的海事救援等功能。策系统研究现状示，与无人艇避碰技术相比，船舶避碰技术是由驾驶员行，无人艇避碰技术是自动选择最优决策方案输出给执的避碰操作对于无人艇避碰决策有一定的参考作用。

基于多目标的无人艇避碰决策方法研究

无人艇系统

动界,范围,避碰,船舶

图 2.2 安全领域范围一个范围，当其他艇进入到本。该范围以外的船舶则对本艇统计结果可知[32]，当目标船位的船舶不会避碰[32]。当目标船舶不会避碰[32]。当目标船位于会避碰[32]。当目标船位于本会避碰[32]，若 DCPA 等于 0.9可以取值为左舷 1.5nmile，右动界的因素有本船的操纵性、关于本船的影响因素是变量，( )rk N DCPASa v Tv = +

【参考文献】