針對(duì)海洋環(huán)境下無(wú)人水面艇路徑（USV）規(guī)劃安全性與平滑性問(wèn)題,提出一種多方向A^*路徑規(guī)劃算法以獲得全局最優(yōu)路徑。首先,結(jié)合電子海圖生成柵格化環(huán)境信息,并根據(jù)安全航行距離約束建立USV安全區(qū)域模型,在傳統(tǒng)A^*算法基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種帶安全距離約束的A^*啟發(fā)函數(shù)來(lái)保證生成的路徑節(jié)點(diǎn)的安全;其次,改進(jìn)傳統(tǒng)A^*算法的八方向搜索模式,提出一種多方向搜索模式來(lái)調(diào)整生成路徑中的冗余點(diǎn)與拐點(diǎn);最后,采用路徑平滑算法對(duì)路徑拐點(diǎn)進(jìn)行平滑處理以獲得滿足實(shí)際航行要求的連續(xù)平滑路徑。在仿真實(shí)驗(yàn)中,改進(jìn)A^*算法規(guī)劃的路徑距離為7 043 m,相較于Dijkstra算法、傳統(tǒng)A^*四方向搜索算法和傳統(tǒng)A^*八方向搜索算法分別降低了9.7%、26.6%和7.9%。仿真結(jié)果表明改進(jìn)后的多方向A^*搜索算法能夠有效減小路徑距離,更適用于USV路徑規(guī)劃問(wèn)題。

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【部分圖文】：

圖1 基于安全區(qū)域的路徑搜索原理

為精確描述無(wú)人水面艇路徑規(guī)劃時(shí)的位置與狀態(tài)，本文所研究的無(wú)人艇均為六自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，在航行過(guò)程中可產(chǎn)生6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)信息�？紤]到無(wú)人艇在航行過(guò)程中需要較大的運(yùn)動(dòng)空間，在路徑規(guī)劃時(shí)不能簡(jiǎn)單地當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)處理，因此設(shè)計(jì)一半徑為R的圓形區(qū)域包圍無(wú)人艇作為生成最佳航路點(diǎn)的安全距離約束....

圖2 環(huán)境信息柵格處理圖

為便于實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃，首先應(yīng)建立無(wú)人艇的航行環(huán)境模型，將實(shí)際的海洋環(huán)境預(yù)處理為便于在計(jì)算機(jī)中表示的連接圖，同時(shí)保留必要的原始信息。目前常用的環(huán)境建模方法有可視圖法[18]、柵格法[19]、拓?fù)鋱D法[20]等，本文采用柵格法將實(shí)際電子海圖轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制網(wǎng)格圖，建立柵格化地圖模型，并將以....

圖3 安全距離約束下的八方向搜索原理

式中：DE為柵格到目標(biāo)柵格E的距離，l為柵格到周圍障礙物的最短距離，R為無(wú)人艇安全半徑。l≥R代表當(dāng)前位置無(wú)人艇安全區(qū)域內(nèi)不存在障礙物；相反，l<R則代表安全區(qū)域內(nèi)存在障礙物。根據(jù)式（3），安全距離約束下各柵格的啟發(fā)函數(shù)可定義為：

圖4 多方向A*搜索算法示例圖

如圖4所示，現(xiàn)基于傳統(tǒng)八方向A*算法得到路徑1為PS→P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→PE，對(duì)該路徑進(jìn)行多方向搜索優(yōu)化處理，其具體優(yōu)化步驟如下。為便于描述優(yōu)化過(guò)程，圖中柵格為實(shí)際柵格放大所得，并不代表相連路徑與障礙物間的實(shí)際距離。取出路徑所有節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)PS開始依次判斷....

本文編號(hào)：4039203