基于可达性分析的网联自主车辆换道安全轨迹规划与仿真

为解决网联自主车辆在换道时前车向目标车道紧急变道所引发的交通安全问题。通过考虑车道线与道路边界约束以及网联自主车辆与障碍车辆的碰撞风险,建立了换道临界碰撞模型。综合考虑换道临界模型与多项式规划方法,规划带安全约束的换道轨迹。进一步为降低网联车辆紧急避障的反应时间,提高避让轨迹的动态响应效果,采用可达性分析方法搜索出安全区域,使用多项式规划安全避让轨迹。最后针对具体的实际交通场景,使用MATLAB对规划轨迹进行数值仿真分析,仿真结果表明换道轨迹满足安全性、舒适性以及换道效率的约束,所规划的避让轨迹在牺牲部分舒适性的前提下能够满足安全性的要求,降低车辆面对突发情况的安全风险。

空间交会对接中的安全轨迹研究

本文根据交会相对运动方程，给出动力学方程的解析解，推导出安全接近的最佳方位，并给出轨迹选择的数学表达式和计算步骤，从而为今后空间交会对接接近轨迹和保持点的选择提供理论依据．

月面人机协同作业机械臂安全轨迹规划

面向未来载人登月人类-机器人现场协同作业任务,开展了人机共融下机器臂作业过程安全轨迹规划研究,提出了基于机械臂动态调整机制和凸优化理论的轨迹规划方法。该方法充分考虑采样作业机械臂关节角速度、角加速度和转矩等多种约束,以时间和能耗为综合指标函数,将轨迹规划问题表征为含约束的数值优化问题;利用参数化方法将多维动力学约束简化成基于标量参数的约束,降低规划问题的计算复杂度;建立基于航天员和机器人相对运动学参数的安全评估机制,将航天员的安全融入规划问题,并利用直接配点法和McCormick包络方法求解并构建机械臂的安全轨迹。以机器人-人协同作业为背景进行算法仿真,结果表明本文所提出的安全轨迹规划能够实现在航天员干预下进行高效安全的机器人作业。

露天煤矿行车安全轨迹与姿态纠偏预警技术

在露天煤矿开采中,受到道路中心线、车道线的缺乏影响下,辅助驾驶系统无法在矿区道路车辆行驶中应用。如何提高露天煤矿的行车安全,成为当前很多煤矿企业需要考虑的问题。行车安全轨迹和姿态纠偏预警技术适用于露天煤矿的车辆行驶,因此,对该技术进行具体的分析,以期在实际应用中可以发挥功效,确保露天煤矿实现安全开采。

面向自动驾驶的公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹模型

为研究公交车辆安全平稳进出港湾式停靠站的轨迹,提出适用于自动驾驶场景的进出站安全轨迹规划方法.基于阿克曼转向原理,构建车身4个顶点运动轨迹方程,针对站内无车和有车两种工况,建立避障约束、运动学约束及起终点位姿约束,选择五次多项式曲线作为公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹模型,采用线性规划和遗传算法标定模型参数,采用数值模拟得到车辆安全进出站轨迹,并利用实车道路实验验证模型的可行性.研究结果表明:五次多项式曲线适用于公交车辆进出港湾式停靠站安全轨迹,规划轨迹与实际运行轨迹平均绝对百分比误差(MAPE)不超过10%,提出的轨迹规划方法可为自动驾驶公交车辆安全可靠运行提供一定的理论依据.

基于操纵面故障影响估计的安全飞行轨迹优化

操纵面故障将改变飞机受到的气动力和力矩,降低机动性能和控制能力,基于传统质点模型的航迹规划方法难以解决此类飞机安全飞行轨迹优化问题.因此,引入由故障引起的侧滑和侧力,估计故障后气动力系数,建立故障飞机模型;针对故障飞机控制和机动能力下降的问题,在原故障模型的基础上引入控制量变化率,构建轨迹优化对象模型,并将控制量变化率最小作为优化指标;采用高斯伪谱法优化计算安全飞行轨迹.仿真实验以副翼和方向舵故障为例进行设计,结果满足运动方程及各控制量、状态量约束,并能实现平稳飞行.

空间交会轨迹安全性定量评价指标研究

针对当前交会轨迹安全分析缺乏有效的定量评价方法,研究提出了两种考虑实际交会过程导航偏差和控制偏差的安全性定量评价指标,分别是交会过程中任意时刻失效后追踪器的位置误差分布3σ椭球与目标器控制区域的最小距离和两个飞行器的最大瞬时碰撞概率。研究了这两个指标的快速简化计算方法;并基于协方差分析描述函数法(CADET),建立了非线性交会下考虑导航偏差和控制偏差的相对状态及其协方差矩阵的传播模型。通过两个仿真算例验证了两个指标的合理性、快速性和准确性,并且可适应于在线轨迹安全性分析和一般情况下的线性和非线性交会安全轨迹设计。

基于碰撞概率的交会对接近距离导引段的轨迹安全

提出了一种利用碰撞概率思想来描述交会对接近距离导引段飞行器轨迹安全的方法,这种方法采用最大瞬时碰撞概率来定量描述两个飞行器的碰撞危险程度。推导了最大瞬时碰撞概率的计算公式,其过程可分为三步:首先基于CW方程外推初始相对状态和误差协方差矩阵,然后利用外推后的相对状态和误差协方差矩阵计算瞬时碰撞概率,最后求出感兴趣区间内的最大瞬时碰撞概率。数值算例表明最大瞬时碰撞概率是描述交会对接近距离段两个飞行器碰撞危险程度的一个较好的指标。

交会对接V-bar负向单脉冲撤离的轨迹安全性研究

研究了空间交会对接过程中V-bas负向单脉冲撤离的轨迹安全性问题。针对长方形禁飞区定义了两类安全的撤离模型;通过两个定理给出了这两种类型轨迹安全的充要条件,并加以证明;最后针对一组导航和控制都存在误差的撤离问题,通过选择合适的自由漂移初始相对速度,设计了制导脉冲,遍历仿真结果验证了单脉冲撤离理论的合理性和求解方法的有效性。

交会对接近距离导引段的轨迹安全

建立了一套完整的交会对接近距离导引段轨迹安全的描述和计算方法,这种方法将交会对接近距离导引段的轨迹安全转化为追踪器相对位置误差的3σ椭球和目标器控制区域椭球的碰撞分析问题。描述了通过定义目标器的控制区域来提高交会对接安全性的基本思想,然后基于CW方程推导了相对状态和协方差矩阵的传播公式,并利用传播后的协方差矩阵推导了相对位置误差3σ椭球的表示公式。研究了任意两个椭球的接近分析问题,首先研究了点和椭球的最近距离计算问题,然后将这一结果应用到一个迭代过程来计算两个椭球之间的最近距离。最后,交会对接接近段的一个算例说明了本文所建立的轨迹安全计算方法的正确性。

一类禁飞区后方安全撤离轨迹的设计方法研究

对交会对接过程中目标航天器后方的一类安全撤离轨迹进行研究,针对长方形禁飞区提出两类撤离模式,并分析与禁飞区最可能相交的点的特征,通过两个定理给出这两类撤离模式自由漂移轨迹安全的充分必要条件.最后针对实际问题提出撤离方案,给出两组仿真算例,仿真结果验证了撤离方法的正确性和撤离方案的可行性.

近圆参考轨道脉冲悬停及其轨迹安全分析方法

基于航天器相对运动的C-W方程及其解析解,研究了空间相对悬停的脉冲控制方法,给出了相对悬停脉冲控制量的计算方法,降低了对空间悬停任务航天器控制推进系统的要求,有利于工程实现。以两航天器相对轨道机动过程中的碰撞概率计算方法为基础,对相对悬停的轨迹安全风险进行了量化分析。数值仿真算例显示,本文方法可实现圆或近圆参考轨道上的空间相对悬停,且缩短悬停轨道机动周期,有利于悬停效果的提升。悬停相对运动过程中,悬停碰撞概率的极值点与两航天器相对距离的最小值几乎同时出现。

交会对接自由漂移轨迹安全性判断研究

针对长方形禁飞区下,近距离交会对接过程提出任意初始状态下轨迹安全的判断方法.先分析CW方程描述下相对运动轨迹的性质,通过分析轨迹与禁飞区最可能相交的特征点的分析和轨迹越过禁飞区相交问题的判断,判断轨迹是否安全.仿真结果表明所提出的安全判断方法能准确给出轨迹是否安全的结论,且算法简单、计算量小.

基于轨迹安全性评价的免疫遗传路径规划算法

针对移动机器人栅格路径规划中安全轨迹规划、局部极小点问题,提出了一种基于轨迹安全性评价的免疫遗传路径规划算法。通过将人工势场(APF)模型与轨迹安全性评价相结合,提出利用斥力场强度评估轨迹安全性,建立基于轨迹安全性、行驶代价评估的适应度函数,利用免疫遗传算法对APF模型中的势力场参数进行自适应优化估计。通过将参数变化控制在一个合理的区间,有效避免局部极小情况的发生,同时提高了路径的安全性。算法的有效性通过仿真实验得到了验证。

空间交会轨迹安全特性分析

建立了空间交会轨迹安全性定量评价指标体系,考虑实际交会中的导航和控制误差扰动,利用相对轨迹散布的3σ椭球来定量描述追踪器和目标器之间的轨迹安全性。采用正交试验设计方法分析交会时间、脉冲次数、脉冲间隔等对安全性指标的影响,结果表明机动时间的影响最显著,脉冲数目次之,脉冲间隔变化影响甚微。数值仿真分析了交会初始条件影响,分析表明共面交会-R-bar接近时安全性指标最小。分析了影响因素和初始条件对推进剂消耗的影响,结果表明影响效果与安全性指标相反。这项工作为安全交会轨迹设计指明了方向,为交会轨道的多目标最优设计提供了设计思路。

考虑轨迹安全的超快速交会逼近策略与控制

研究了考虑航天器交会逼近轨迹安全的超快速逼近策略和轨道控制方法。在超快速逼近方面,为了解决超快速逼近和轨迹被动安全的矛盾,提出瞄准偏置点概念。交会逼近时追踪航天器先以被动安全速度向瞄准偏置点快速逼近,再由瞄准偏置点向终端瞄准点逼近。在轨道控制方面,将超快速逼近过程中分别设计解耦后三通道的模糊控制器,对轨道各方向进行独立控制。仿真结果表明,在保证交会逼近过程安全性和逼近终端精度的前提下,文中方法不仅可以适应初始速度较大约束,而且可将交会逼近时间减少为传统逼近方法的20%。

露天矿山无人驾驶运输车辆轨迹防护方法

针对当前无人驾驶技术中感知融合障碍物识别方法易受天气及作业环境影响、无法有效探测弯道、交叉路口障碍物的问题,提出了露天矿山无人驾驶运输车辆轨迹防护方法。①借鉴城轨信号控制系统对道岔的处理,将单行道、交叉路口等特殊区域视为运输线路上一个可动态分配、独占的资源,当人工驾驶车辆或无人驾驶矿卡的行车轨迹进入单行道、交叉路口等特殊区域时,系统将该路径资源自动分配给该车辆,其他车辆不允许进入该路径资源区域。当占用资源的车辆完全出清资源区域时,该路径资源将被释放。②为露天矿山所有报告定位作业车辆建立一个安全包络,对作业车辆进行全面的防护。实时判断无人驾驶矿卡的行车轨迹包络与障碍物包络是否相交,若相交则认为障碍物侵入,影响行车安全,将回撤无人驾驶矿卡的行车轨迹终点。若侵入无人驾驶矿卡行车轨迹的障碍物与车辆的距离小于车辆安全制动距离,则直接控制车辆安全制动。③当无人驾驶矿卡发生通信故障且超过容忍时间,通过为故障车辆创建障碍物包络的方式保证无人驾驶矿卡的安全。现场试验表明:露天矿山无人驾驶运输车辆轨迹防护方法实现简单,不受天气环境影响,且能在交叉口及弯道处对无人驾驶车辆进行防护,有效地保证了无人驾驶矿卡的行车安全。

特深科学井孔内安全研究与施工技术体系构想

本文对比分析了沉积岩石油钻井和结晶岩科学钻探施工技术体系的不同特点;研究了特深井孔内安全的两个基础性问题孔壁安全和轨迹安全,同时给出了沉积岩和结晶岩孔内安全问题及其应对措施。在此基础上,结合特深井地层深度方向特性变化规律,探索性地给出了特深科学井施工技术体系及其重大关键技术构想,可为科学特深井前期研究和工程实施提供指导和参考。

Evaluation and simulation analysis of China's copper security evolution trajectory

Copper metal is one important raw material of national economy, and its security is tightly linked with industrialization process. A comprehensive security evaluation index system, including three first class indicators, nine second class indicators and fourteen third class indicators, was constructed based on the pressure-state-response （PSR） model. And efficacy coeff^cient method was adopted in dimensionless treatment and entropy method was used to obtain the weight. Then, the data of China＇s copper from 1992 to 2011 were studied and collected. By processing these data, a comprehensive safety index of China＇s copper was got. The results showed that the comprehensive safety index of China＇s copper rose from its low point. The safety pressure state of China＇s copper was improved. The safety state of China＇s copper continued to be tight. The response state continued to rise. The overall situation of China＇s copper safety was improving, but still not optimistic.

基于碰撞概率的交会对接最优碰撞规避机动

发展了一种求解交会对接过程中最优碰撞规避机动的方法,可以在保证碰撞概率降低到安全值的前提下得到最优的避撞机动冲量。这种方法采用机动方向和机动大小分步求解的策略来计算机动冲量。机动方向通过求碰撞概率对于机动冲量的梯度得到,机动大小通过求解一个非线性方程得到。最后,采用这种方法针对交会对接中常用的径向冲量V-bar转移轨迹进行了碰撞规避机动计算,计算结果表明本文的方法能够满足交会对接碰撞分析的需求。