[發(fā)明專利]一種基于遺傳與滑動窗口法的水上無人艇避碰方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910185329.2
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN110032184A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 林孝工;劉志宇;劉向波;王汝珣;郭如鑫;楊榮浩;劉葉葉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及海事智能交通技術無人艇避碰領域，具體涉及一種基于遺傳與滑動窗口法的水上無人艇避碰方法。步驟一：水上無人艇進行全局動態(tài)路徑規(guī)劃，步驟二：水上無人艇對動態(tài)障礙物進行分析，步驟三：水上無人艇進行滑動窗口算法避障，步驟四：水上無人艇繼續(xù)行駛重復以上步驟；相對于傳統的路徑規(guī)劃，本發(fā)明將遺傳算法和滑動窗口算法相結合形成動態(tài)避碰的路徑規(guī)劃，其路徑規(guī)劃更有效、快速、穩(wěn)定。

技術領域

本發(fā)明涉及海事智能交通技術無人艇避碰領域，具體涉及一種基于遺傳與滑動窗口法的 水上無人艇避碰方法。

背景技術

水上無人艇(USV)的路徑規(guī)劃避碰方法是水上無人艇自主控制尋求最優(yōu)路徑中動態(tài)避 障研究的關鍵所在。

由于海洋環(huán)境是復雜多變的，同時還要時刻考慮到海上風浪流對水上無人艇的干擾作用。 所以，水上無人艇在進入水域之前，會先根據已知的相關海洋環(huán)境信息規(guī)劃出一條全局的路 徑，進入水域后，水上無人艇按照已經規(guī)劃好的路線進行航行。由于事先無法預知在航行過 程中可能會出現的種種狀況，如突發(fā)事故的船只、漂流物體等，因此，水上無人艇在航行的 過程中也要實時地檢測周圍的狀況獲取周圍環(huán)境的信息，對于這些突發(fā)情況，水上無人艇應 該能夠迅速地察覺到，并針對不同的情況做出準確快速的應對，調整自身的航行狀態(tài)，最終 規(guī)避開障礙物體，按照任務需求到達指定的目標點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于遺傳與滑動窗口法的水上無人艇避碰方法，以實現水上 無人艇在最優(yōu)路徑規(guī)劃上動態(tài)避碰，解決水上無人艇在路徑規(guī)劃上動態(tài)障礙物的避障問題。

本發(fā)明實施例提供一種基于遺傳與滑動窗口法的水上無人艇避碰方法，包括：

步驟一：水上無人艇進行全局動態(tài)路徑規(guī)劃：進入水域后按照事先規(guī)劃的路徑前行，若 周圍環(huán)境一切正常，不存在突發(fā)動態(tài)障礙物或事先未考慮阻礙物，則水上無人艇按照原來路 徑繼續(xù)航行并不斷地探測周圍信息，直到到達目標點；若水上無人艇在水域航行的過程中檢 測到動態(tài)障礙物，則通過有關信息來對其運動動態(tài)進行預測，然后規(guī)劃新路徑避開障礙物， 最終到達目標點；

步驟二：水上無人艇對動態(tài)障礙物進行分析：若水上無人艇在水域航行的過程中檢測到 動態(tài)障礙物，通過動態(tài)窗口模塊以及檢測設備航海雷達和AIS判斷之后行程中水上無人艇和 動態(tài)障礙物的運動情況，得到針對不同情況的解決方法：

(a)若動態(tài)障礙物運行方向與水上無人艇航行相反或是偏離水上無人艇航線，則不可能發(fā) 生碰撞事故，水上無人艇可按照原來的運動狀態(tài)繼續(xù)前行，進入步驟四；

(b)若水上無人艇在下個T₀時間段水上無人艇會進入動態(tài)障礙物的碰撞危險區(qū)，則水上無 人艇應立即進行動態(tài)障礙物的規(guī)避，進入步驟三；

(c)若水上無人艇與動態(tài)障礙物之間的情況是準危險情況，則水上無人艇在該時間段內發(fā) 起對動態(tài)障礙物的規(guī)避行動，進入步驟三；

(d)若水上無人艇與動態(tài)障礙物之間的情況是存在潛在危險情況，進入步驟四；

步驟三：水上無人艇進行滑動窗口算法避障：根據獲取的動態(tài)障礙物的運動信息進行分 析，通過遺傳算法和滑動窗口算法計算，得到動態(tài)障礙物規(guī)避策略，進而調整水上無人艇自 身運動姿態(tài)，對動態(tài)障礙物進行規(guī)避；

步驟四：水上無人艇繼續(xù)行駛重復以上步驟：水上無人艇按照任務需要向目標點前行， 同時重新進入步驟一；

所述步驟一，包括：

水上無人艇進行全局動態(tài)路徑規(guī)劃：進入水域后按照事先規(guī)劃的路徑前行，若周圍環(huán)境 一切正常，不存在突發(fā)動態(tài)障礙物或事先未考慮阻礙物，則水上無人艇按照原來路徑繼續(xù)航 行并不斷地探測周圍信息，直到到達目標點；若水上無人艇在水域航行的過程中檢測到動態(tài) 障礙物，則通過有關信息來對其運動動態(tài)進行預測，然后規(guī)劃新路徑避開障礙物，最終到達 目標點；