水面无人艇路径规划研究综述

《水面无人艇路径规划研究综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、水面无人艇路径规划研究综述*大连海事大学航海学院陈华张新宇摘要：水面无人艇(unmannedsurfacevessel,USV)近年来受到国内外专家学者越来越多的关注。为了总结分析USV现有路径规划方法及其优缺点，通过对USV路径规划研究进行分类综述和分析，从获取环境空间障碍物的方式，将USV路径规划分为基于海洋环境信息的全局路径规划和基于传感器信息的局部路径规划。总结基于各类研究方法的主要研究成果及其主要特点，剖析其存在的主要问题，阐明USV路径规划的研究思想和意义，提出USV路径规划今后可能的发展方向。关键词：USV；路

2、径规划；海上交通—引言随着现代科学技术的飞速发展，海上智能交通作为我国科技战略的重要组成部分，主耍实现船舶的航行自动化和海上交通的智能化管理。因此，作为海上交通系统的主要个体船舶，对英航行路径的研究，显得尤为重要。而近年兴起的研究热点一水面无人艇，是一种无人操作的水而舰艇，主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务⑴。由于其具有体积小、速度快、智能化和白动化程度高的特点而吸引广大研究人员。它不仅可以川于军事领域的扫雷、侦察和反潜作战等方面，还可以用于民用领域的水文气象探测、坏境监测和海上搜救等方而。文献［2,3］总结了无人

3、艇的研究历史、现状以及发展趋势。在水面无人艇研发和使用领域，美国和以色列一直处于领先地位。位于美国弗吉尼亚州的uov公司集风能、太阳能和回收动力作为能源而研发了理论上拥冇无限续航能力的UOV,适用于海洋数据监测和收集等叫以色列Elbit公司推出了Stingary号USV,它具有船型小、机动灵活、隐蔽性好和科能巡航等优点⑸。中国对无人艇的研究起步较晚，但庆幸的是，国内对无人艇的研究已经越来越重视。中国气象局与沈阳航天新光集团共同研制了我国首艘无人驾驶船“天象一号”，它由海上无人探测平台和地面控制系统组成，能满足高海况下工作需求

4、代II前水面无人艇主要配备的系统包括运动控制系统、传感器系统、通信系统和武装系统。其中，文献［7］将运动控制系统分为导航定位子系统、路径规划子系统和航迹跟踪子系统。而路径规划作为无人艇研究的核心问题，在一定程度上代表曹无人艇智能化水平的高低。近年來对无人艇路径规划的研究成为海上智能交通的热点问题。本文从获取环境空间障碍物的方式，将无人艇路径规划分为基于海洋环境信息的全局路径规划和基于传感器信息的局部路径规划，分别综述其研究方法和成果并深入分析其木质特点和存在的不足，并对无人艇路径规划的发展方向提出儿点展望。二基于海洋环境信息

5、的全局路径规划全局路径规划是基于给定的海洋环境信息(通常指电子海图)来获取无人艇所经过区域的静态障碍物信息的人范围离线路径规划。为了解决全局路径规划问题，文献［7］将改进势场法与动态栅格法相结合设计了一种势场动态栅格法，通过将栅格动态细化的方式建立坏境模型，利用改进势场法来搜索最优路径,通过减少折线来减少多余的路径点，最终达到路径优化的冃的。该方法收敛速度快，能避免传统势场法容易陷入局部极小值问题，但该方法也没有考虑风、浪、流等水文气象因索对路径规划的影响。文献［8］提岀一种基于电子海图的距离寻优Dijkstra算法來解决水

6、血无人艇全局路径规划问题。为了克服传统”基金项H:国家自然科学基金项H(51309043),交通运输部应用基础研究项H(2014329225020)，中国博士后科学基金项H(2014M551095),辽宁省自然科学棊金项忖(2014025005),辽宁省高校杰出青年学者成长计划(LJQ2014052),中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(3132014202),辽宁省教育厅重点实验室基础研究项目(LZ2015009).Dijkstra算法占川内存大的问题，该算法使川动态网格模型來减少规划时间，提高规划精度。但该方法在环境

7、模型的建立时仅仅基于电了海图，没有考虑风、浪、流等水文气象因素对航线设计的影响。文献［9］利用遗传算法和人工势场法设计了水而无人艇全局路径规划并进行了仿真实验，实验表明该方法能对多种复杂的障碍物环境进行规划，并「L具有能在起点周围三面障碍物中寻找最优路径的能力。但该方法只是针对简单的几何图形和海岸线进行规划，没冇引入真正意义上的电子海图。为了寻找一条最小或者接近最小的全局最优路径，文献［10,11］采川时效性好的A星算法作为路径规划算法，该方法也能找到最优路径，但局限性在于无人艇要与即定路径非常近或处在该路径上，这对无人艇的

8、控制系统提出了更高的耍求。文献［12］针对人规模海洋环境条件复杂的特点采用碰撞检测技术和限制捜索区域构建障碍物潜在碰撞集，以达到减小航线规划搜索规模的目的。基于栅格模型简单及其对不规则障碍物农达能力强的优点，提取障碍物边界信息建立紧凑、高效的环境模型，对障碍物进行离散化处理，充分利用栅格间