基于改进动态窗口法的无人水面艇自主避碰算法

为研究避碰规则、无人水面艇(unmanned surface vessel,USV)运动学特点和海上交通复杂度等因素约束下的USV自主避碰技术,在分析初始动态窗口法的基础上,考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)关于避碰行动时机、避让幅度、复航时机等方面的要求,建立融合避碰规则的动态窗口模型,设计融合避碰规则的动态窗口法。通过对比仿真实验验证该方法的可行性和有效性,具有一定的现实意义。

开阔水域直航船自主避碰决策方法

为解决开阔水域自主航行直航船避碰行动决策问题,总结避碰规则和良好船艺要求,建立船舶操纵运动、航向控制模型仿真转向运动,在航向控制系统环境下解析局面要素的物理含义、构建量化模型和算法,提出了各态势下直航船避碰行动时机和方案选择方法.仿真表明,可基于会遇态势实时、自适应地进行决策.

船舶自主避碰的慎思型轨迹规划

基于快速扩展随机树(RRT)算法,提出一种适用于船舶自主避碰的慎思型轨迹规划(DTP)算法,能够耦合处理静态障碍物约束、船舶操纵性约束、轨迹最优性等限制条件,在两个长程路径点之间完成全局轨迹规划,以保证规划轨迹的可行性、完备性和最优性.通过一条案例三体船的自主避碰仿真及航行试验,从多方面验证了所提DTP算法的有效性、优越性和稳定性,对研究船舶自主避碰系统及其应用前景具有重要的意义.

基于改进PPO算法的船舶自主避碰决策

为减少船舶避碰决策过程中人为失误导致的海难事故,提出一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的船舶自主避碰决策。在传统PPO算法广义优势估计基础上加入自适应基线调整,并且使用长短期记忆网络(LSTM)改进网络结构。船舶的航行信息和激光雷达矢量线被应用于神经网络输入,航行制导、角度偏差及《1972年避碰规则》均被纳入改进的奖励函数设计。两船和多船会遇场景仿真实验表明:本文提出的避碰决策可使船舶实现自主航行,并在避碰过程中符合《避碰规则》,为处理复杂局面下的船舶避碰决策提供了参考。

海运船舶自主避碰技术研究进展与趋势

对近年来国内外海运船舶自主避碰技术的研究现状进行梳理,并将自主避碰方法分为三类,分别归纳分析了每类方法的研究进展以及海运船舶避碰系统开发与应用情况;提出了船舶自主避碰技术尚待解决的问题,包括:狭窄水域和繁忙水域的避碰决策问题、基于船间信息交互的多船自主协调避碰问题、自主避碰系统与船舶控制系统的协调和集成问题以及自主避碰系统智能性、可靠性、完备性测试问题;阐述了船舶自主避碰技术的研究趋势,提出下一步需突破的核心理论和关键技术问题,包括:复杂水域中融合机器学习的多船自主避碰理论和高效算法、不同避碰算法的自适应集成与融合、智能船舶和传统船舶混合交通环境下的船间交互协同理论、船舶自主避碰决策和船舶车舵控制一体化、船舶自主避碰系统测试技术等。

基于改进细菌觅食优化的无人艇自主避碰算法

针对无人艇的避碰规划问题,设计一种基于改进细菌觅食优化(BFO)的自主避碰算法.针对基本BFO算法收敛速度慢、寻优精度低、稳定性低的不足,设计自适应递减分维趋化步长代替固定步长以实现步长的自适应调整,提出优适探寻游动方法解决基本BFO算法无效游动与重复游动的缺陷,设计自适应迁徙概率代替固定迁徙概率以解决基本BFO算法可能导致精英个体丢失的情况.函数测试仿真表明,改进BFO算法具有更好的收敛速度、寻优精度以及稳定性.改进算法应用于无人艇避碰仿真结果证明,该改进算法能够快速安全地实现无人艇在动态障碍下的自主避碰.

多船会遇自主避碰算法

船舶自主避碰技术已成为当前船舶与航运领域研究的热点问题。文章提出了一种满足COLREGs避碰规则的多船会遇自主避碰算法,以经典速度障碍法为基础设计自适应采样避碰轨迹生成算法,并应用运动基元理论对避碰轨迹进行调整,使轨迹满足船舶操纵性约束条件。针对案例三体船模型,完成多船会遇场景下的船模自主避碰航行试验,验证了所提算法的有效性和实用性,对船舶自主避碰系统的研发具有重要借鉴意义。

内河航道避碰测试会遇场景建模方法研究

[目的]旨在通过建模获取内河航道智能船舶自主避碰会遇场景。[方法]从船舶自动识别系统(AIS)及雷达数据采集与融合方法入手,建立船舶航行数据采集与融合系统,然后以三峡-葛洲坝两坝间的航道为例采集船舶航行数据,分析船舶主要避碰会遇场景要素,提出一种内河航道船舶避碰测试会遇场景参数化建模方法,并通过设定相关参数实现船舶避碰会遇场景的自动生成。随后,以两船及多船会遇局面测试场景为例,生成一系列测试场景,并进行仿真测试。[结果]结果显示,参数化场景生成方法可有效支撑内河船舶自主避碰算法测试的开展。[结论]所做研究可为提升内河智能船舶避碰测试的实用性提供依据。

基于集合制导和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法研究

针对无人船在未知海洋环境下的避碰问题,提出了一种基于集合制导和动态窗口约束的无人船自主动态避碰方法。为了使无人船能够在沿预先规划路径航行的同时规避障碍物,采用了一种基于集合制导算法的无人船航行模式切换策略。当满足一定条件时,该策略能够使无人船在路径跟随模式和避碰模式之间进行切换,以实现航迹跟踪控制与避碰路径规划相结合;同时考虑到船舶自身的操纵性能,设计了一种基于动态窗口约束的反应式避碰方法。仿真试验表明,在满足国际海上避碰规则的前提下,该方法能够使无人船在沿预设路径航行的同时,有效地规避障碍物。

一种用于群无人艇避碰的动态分组策略

为提高水面无人艇(Umanned Surface Vehicle, USV)的避碰能力,实现群水面无人艇之间的自主避碰,针对遵守国际海上避碰规则的无人艇提出一种动态分组策略的避碰方法。在群无人艇避碰的动态分组策略中,考虑无人艇的操纵特性,分析其几何位置关系,对遵守国际海上避碰规则的运动目标进行行为预测,利用交通流的特性,实现周边多个避碰目标的动态分组,同时使用凸包扫描算法扫描障碍物边界,进而达到简化避碰态势的目的。开展多种场景下的案例仿真和对比试验,结果验证上述动态分组策略在群无人艇避碰问题中的有效性,同时为设计、实现复杂环境下的群无人艇自主避碰系统提供有益的借鉴。

复杂水域慎思型避碰轨迹规划

为解决复杂水域的船舶自主避碰问题,提出一种基于A*算法的慎思型避碰轨迹规划算法,旨在满足船舶操纵性约束、静态与动态障碍物约束和《国际海上避碰规则》(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)约束下,规划出一条最经济的航行轨迹。通过无人三体船自主避碰试验和模拟试验,验证算法的有效性,具有较高的参考价值。