水陆两栖无人车全局路径规划方法研究

作     者：丁乐乐 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗均

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 080202[工学-机械电子工程] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：路径规划 水陆两栖车 改进RRT算法 水陆两栖环境 跨域路径规划 

摘      要：近年来,水陆两栖无人车因其能够同时适应水上、陆上作业环境,被广泛应用于执行交通运输、巡查勘测、抢险救灾等重要任务。不仅如此,随着智能化技术在军事领域中的不断深入,传统的作战理念逐渐发生变革,无人系统逐步取代有人装备进行军事行动,而水陆两栖无人车辆凭借其具备自主作战的能力备受国内外研究人员的青睐。和其他智能体一样,水陆两栖无人车的研究可以划分为感知模块、定位模块、规划模块、决策模块以及控制模块,而作为核心技术之一的规划模块的任务是基于感知、定位模块的信息,为决策、控制模块提供一条最优的路径,以此确保车辆在任务执行过程中的时效性和安全性。但目前国内外研究人员对路径规划模块的研究大多都聚焦于无人车、无人艇,即只针对其单一的作业环境进行路径规划算法的研究和设计。有鉴于此,本文以水陆两栖无人车为研究对象,针对RRT算法在水陆两栖环境下的应用缺陷对RRT算法提出四种创新改进方法。基于这四种创新改进方法提出了一种适应于两栖环境的改进RRT路径规划方法和跨域路径规划方法,具体内容如下:首先介绍本课题的研究背景、研究意义以及水陆两栖无人车辆的国内外研究现状;基于两栖环境特点对各类路径规划算法进行分析,确定了本文水陆两栖无人车辆导航问题的解决方法。然后通过对RRT原理的阐述来分析该算法应用在两栖环境中存在的收敛速度慢与路径质量差等问题,针对这些问题提出混合偏置采样策略、多方向扩展策略、目标连接概率以及路径二次处理方法四种创新改进方法,并针对各改进方法对原算法相应性能指标的提升效果进行实验验证与分析。其次基于上述的创新改进方法提出了一种面向水陆两栖环境的RRT路径规划方法(Amphibious RRT,ARRT),而在水陆跨域全局路径规划方面,基于建立的梯度区间逐级搜索策略与启发式搜索终止条件在水陆两栖地图上找到最优水陆转换点,将此阶段划分为水上规划和陆上规划两个独立的过程,再分阶段地规划水上全局路径与陆上全局路径;在水陆跨域局部路径规划方面,基于岸滩附近点云信息构建的可通过性代价地图,使用动态规划算法与离散点平滑方法得到适合车辆执行跨域任务的局部路径。最后基于搭建相应仿真环境验证算法在解决车辆导航问题时表现出的优越性能;再将算法应用在实际实验平台上,分析实际环境中算法表现出的性能。