基于快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù)（RRT）算法,提出一種適用于船舶自主避碰的慎思型軌跡規(guī)劃（DTP）算法,能夠耦合處理靜態(tài)障礙物約束、船舶操縱性約束、軌跡最優(yōu)性等限制條件,在兩個(gè)長(zhǎng)程路徑點(diǎn)之間完成全局軌跡規(guī)劃,以保證規(guī)劃軌跡的可行性、完備性和最優(yōu)性.通過(guò)一條案例三體船的自主避碰仿真及航行試驗(yàn),從多方面驗(yàn)證了所提DTP算法的有效性、優(yōu)越性和穩(wěn)定性,對(duì)研究船舶自主避碰系統(tǒng)及其應(yīng)用前景具有重要的意義. 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2019,53(12)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

DTP算法的規(guī)劃結(jié)果

從初始狀態(tài)矢量M0前往目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Mf的軌跡可以表達(dá)為一個(gè)由兩類(lèi)軌跡基元串聯(lián)組合成的基元序列.若設(shè)定船舶總是采用定常直航的方式接近目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Mf,則基元序列的最后一段必然是定常直航的tr基元(u,r)|r=0,u≠0;在基元序列中還需要一段定常回轉(zhuǎn)的tr基元(u,r)|r≠0以完成航向的調(diào)整;而為了保證軌跡上任何時(shí)刻位置、航向、速度、加速度的連續(xù)性,在基元序列中還需要最多兩段ma基元以實(shí)現(xiàn)不同定常巡航狀態(tài)的平滑切換,如圖1所示.由圖1可知,船舶從初始狀態(tài)M0到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Mf的可行軌跡可以通過(guò)串聯(lián)最多4段軌跡基元——機(jī)動(dòng)軌跡ma1基元(ma1)、定�；剞D(zhuǎn)tr2基元(tr2)、機(jī)動(dòng)軌跡ma3基元(ma3)、定常直航tr4基元(tr4)實(shí)現(xiàn),其中兩段tr基元的時(shí)長(zhǎng)屬于可調(diào)參數(shù).在MA框架的軌跡基元庫(kù)中選擇不同的tr基元和ma基元進(jìn)行組合,可以在RRT樹(shù)節(jié)點(diǎn)之間生成多種不同的可行軌跡段,串聯(lián)這些可行軌跡段最終能夠生成多條全局可行軌跡,而這其中必然存在一條全局最優(yōu)軌跡.

在所有全局可行軌跡中,總代價(jià)函數(shù)C(x)最小的軌跡為全局最優(yōu)軌跡,其優(yōu)選過(guò)程如圖2所示.新節(jié)點(diǎn)w與根節(jié)點(diǎn)p間有多條可行軌跡段,從中選出代價(jià)最小的軌跡段pw(見(jiàn)圖2(a));遍歷RRT已有節(jié)點(diǎn)p、q、s,可以獲得通向新節(jié)點(diǎn)w的3條可行軌跡段pw、qw、sw(見(jiàn)圖2(b));通過(guò)比較軌跡代價(jià),在上述3條可行軌跡段中優(yōu)選出軌跡段pw,并在新節(jié)點(diǎn)w與終點(diǎn)g間也生成可行軌跡段,獲得1條全局可行軌跡pwg(見(jiàn)圖2(c));重復(fù)上述過(guò)程,得到新的節(jié)點(diǎn)h、c,可以獲得3條全局可行軌跡pwg、pwhg、pqcg,通過(guò)對(duì)比軌跡代價(jià)獲得全局最優(yōu)軌跡pwg(見(jiàn)圖2(d)).2 限制水域自主避碰試驗(yàn)


本文編號(hào)：3047605