面向海域巡逻的多无人船路径规划方法及仿真

摘要

目的随着人工智能技术的大力发展,以无人船为代表的智能无人装备在海洋技术领域已开始实际应用。在大型海域巡逻任务中,相比传统的巡逻装备,多无人船协同执行区域覆盖任务具有运行时间短、效率高以及风险低等优势,但需要解决任务划分、能源补给等难点问题。针对上述问题,提出一套完整的解决大型海域巡逻任务的多无人船协同执行区域覆盖任务的解决方案,并进行面向实际海图的仿真实验。方法首先对多无人船海域巡逻任务进行了问题定义和建模,在构建栅格海域地图的基础上,提出了基于任务均衡的区域划分策略和多种评价指标;在分析比较多种传统遍历算法优劣的基础上,提出了无能源约束和有能源约束条件下的多无人船区域覆盖遍历算法,尤其在有能源约束条件下考虑了多种充电后路径规划策略。结果利用Python搭建仿真应用平台,对三沙市周边15000多平方公里海域进行仿真实验,实验比较了不同遍历算法在无能源约束和有能源约束条件下的优劣,验证了所提出的区域划分策略和遍历算法的有效性和能源约束下无人船在充电后重新规划遍历路径策略的优越性,并对覆盖率和无人船电池里程等参数进行了消融实验。结论提出的方法和仿真分析结果为多无人船协同执行大型海域巡逻任务的实际应用提供了一定的借鉴作用。