基于电子海图的USV路径规划仿真平台研发

摘要

无人水面艇全局路径规划是指已知起点和目标点间的地理环境信息，在无人水面艇出发前规划出一条无碰路径，本文开发的路径规划仿真平台的主要功能是无人水面艇的全局路径规划。路径规划仿真平台的开发能够提高无人水面艇的自主化水平，减少人员的投入，大大改善操作者作业环境，减轻工作强度，提高工作效率。
　　在无人水面艇全局路径规划中，电子海图是获取地理信息的主要方式。利用电子海图进行全局路径规划具有实时性和精确性的优点。论文介绍了电子海图的数据存储形式，详细描述了其组成文件的结构，实现了电子海图的数据读取和可视化。
　　基于电子海图利用“矢量绕岛算法”完成无人水面艇全局路径规划仿真平台的开发。“矢量绕岛算法”首先将起点与目标点之间的障碍逐一确定，再以方向因子的概念量化障碍绕行方向的选择，最后以切线的形式计算最短的路径。整个流程先逐个绕行，后整体优化，最终完成全局路径的计算。
　　基于电子海图和“矢量绕岛算法”，应用VC完成了仿真平台的开发。在仿真平台的路径规划计算中，首先在电子海图中将计算范围缩小到起点和目标点的海域内，然后初步计算出一条粗略的路径。对初步路径进行一定的处理后，对所有不可行的路径段进行子路径计算，再添加进总路径中，以此建立一个整体的循环来完成最终路径的计算。
　　在实际算例中验证了算法的有效性和仿真平台的可靠性，仿真平台所规划的全局路径不仅长度较短，航路合理，而且耗时较少，证明该仿真平台在全局路径规划上是切实可行的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 电子海图格式结构及读取

2.1 shapefile格式电子海图的存储结构

2.2 shapefile格式电子海图的读取

2.3 本章小结

第3章 全局路径规划算法简介

3.1 确定障碍

3.2 选取绕行方向

3.3 计算绕行路径

3.4 路径的多线合一优化和消除问题路径点

3.5 本章小结

第4章 程序开发

4.1 确定障碍

4.2 选取绕行方向

4.3 计算绕行路径

4.4 路径的多线合一优化和消除问题路径点

4.5 计算最终路径的循环

4.6 本章小结

第5章 程序功能和路径规划算例

5.1 程序界面设计和功能

5.2 路径规划算例

5.3 本章小结

第6章 总结

6.1 论文主要工作

6.2 研究展望

致谢

参考文献