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最大可航窗口序列约束贝塞尔曲线的无人船自主航行航线规划方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1224-1236页

作者：周寅飞张立华贾帅东戴泽源董箭马梦锴大连舰艇学院军事海洋与测绘系辽宁大连116018 大连舰艇学院海洋测绘工程重点实验室辽宁大连116018

提出了一种最大可航窗口序列约束贝塞尔曲线的无人船自主航行航线规划方法。首先,根据电子海图求取碍航区,进而预生成航路点,沿预生成航路依次提取与碍航区不相交的最大可航窗口序列,构建可航约束空间;然后,挖掘贝塞尔曲线在控制点约束... 详细信息

提出了一种最大可航窗口序列约束贝塞尔曲线的无人船自主航行航线规划方法。首先,根据电子海图求取碍航区,进而预生成航路点,沿预生成航路依次提取与碍航区不相交的最大可航窗口序列,构建可航约束空间;然后,挖掘贝塞尔曲线在控制点约束包络区域内进行运动参数关联计算的潜能,将航线规划转换为空间与运动参数双约束下通过凸优化求解贝塞尔航路曲线控制点的问题。最后,分别通过仿真和实船实验,对所提方法与已有方法进行对比分析。实验结果表明:(1)所提方法能够顾及船舶运动约束来规划航线,进而有效提高无人船执行规划航线的精度;(2)所提方法可以引导无人船以特定任务所需航向、航速等运动参数自主航行通过指定位置,达到灵活机动的目的。

关键词：航线规划运动约束自主航行贝塞尔曲线碍航区

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面向多目标侦察任务的无人机航线规划

控制与决策 2021年第5期36卷 1191-1198页

作者：杜云贾慧敏邵士凯郝菁河北科技大学电气工程学院石家庄050018 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室石家庄050081

针对无人机执行多目标侦察任务的航线规划问题,提出一种改进粒子群算法结合高斯伪谱法的分层航线规划方法.设计改进粒子群算法进行航线预规划,针对传统粒子群优化算法收敛速度慢、易陷入局部最优的问题,通过引入混沌映射初始化和自适应... 详细信息

针对无人机执行多目标侦察任务的航线规划问题,提出一种改进粒子群算法结合高斯伪谱法的分层航线规划方法.设计改进粒子群算法进行航线预规划,针对传统粒子群优化算法收敛速度慢、易陷入局部最优的问题,通过引入混沌映射初始化和自适应参数调整策略,加快算法收敛速度,提升解的最优性.在此基础上,结合最短路求解策略,完成对侦察任务的时序排列,得到可执行的最优侦察任务方案,进而为提升侦察航线的精确性和可控性,基于高斯伪谱法进行航线再规划.引入航线预规划结果作为初值猜测,进一步提升算法的效率和准确性.最后在复杂环境下进行无人机侦察航线仿真分析,结果表明所设计算法能够快速生成任务执行方案与高精度侦察航线,符合军事无人机执行侦察任务的工程应用.

关键词：无人机航线规划粒子群算法图论高斯伪谱法

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植保无人机飞控系统与航线规划研究进展分析

农业机械学报 2020年第8期51卷 1-16页

作者：曹光乔李亦白南风刘东陈聪张进龙农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

应用无人机开展植保作业是有效防治病虫害的重要途径。本文对植保无人机行业发展和相关应用研究进行了综述,分别从植保无人机飞控系统、单机作业航线规划、多机作业调度场景及优化方法3个角度进行了阐述,以增强植保无人机作业效果与提... 详细信息

应用无人机开展植保作业是有效防治病虫害的重要途径。本文对植保无人机行业发展和相关应用研究进行了综述,分别从植保无人机飞控系统、单机作业航线规划、多机作业调度场景及优化方法3个角度进行了阐述,以增强植保无人机作业效果与提高作业效率为目标,分析了植保无人机飞行控制系统及航线规划与调度的研究现状。针对植保无人机因作业精度要求高而导致其飞控系统制造成本高的问题,提出应研发低成本、高精度、可适应植保无人机作业需求的测姿器件,开发相应的姿态估计算法;针对植保无人机航线规划、优化调度模型与实际作业需求不匹配的情况,总结了单机作业航线规划与多机调度优化场景、约束条件与优化方法。最后,提出应研发植保无人机自动补给平台,构建基于多机协同的作业管理与调度优化模型,以增强植保无人机在复杂作业环境中的作业效果,提高作业效率。

关键词：植保无人机飞控系统航线规划优化调度

基于改进的随机路径图及和声算法的舰船航线规划

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控制理论与应用 2020年第12期37卷 2551-2559页

作者：吕进锋马建伟李晓静河南科技大学信息工程学院河南洛阳471000 中国空空导弹研究院河南洛阳471009

针对海上航行中障碍物躲避问题,提出改进的随机路径图及和声算法为舰船进行航线规划.该算法首先利用改进的随机路径图,在障碍物边缘、起点与终点连线等关键区域进行节点设置及扩充,根据舰船及障碍物运动特征,分阶段在海图上设置节点并连... 详细信息

针对海上航行中障碍物躲避问题,提出改进的随机路径图及和声算法为舰船进行航线规划.该算法首先利用改进的随机路径图,在障碍物边缘、起点与终点连线等关键区域进行节点设置及扩充,根据舰船及障碍物运动特征,分阶段在海图上设置节点并连接,利用较少的节点生成完备的路径网络图,基于此选择节点生成初始全局航线;其次利用改进的和声算法对航线进行优化,障碍物的运动特性导致解空间为复杂的多峰形态,为避免节点位置变动导致新生成航线不可行,设置限定条件,仅对满足要求的航线利用航线交叉、消除节点、微调等策略进行优化.实验结果表明,相较对比算法,所提算法能够有效生成更高质量的全局航线,且在优化过程中生成的不可行航线数量远低于其余几种算法,具有更高的可靠性及稳定性.

关键词：随机路径图和声航线规划避障

基于VMM和DNiGA的直升机多林区植保作业航线规划

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农业工程学报 2022年第1期38卷 70-79页

作者：方树平茹煜胡晨明刘洋洋刘彬李建平夏达明南京林业大学机械电子工程学院南京210037 安徽科技学院机械工程学院凤阳233100 安徽农业大学工学院合肥230036

直升机在现代林业病虫害防治中扮演重要角色,合理的航线规划对直升机航空施药至关重要。该研究针对直升机小坡度多片作业林区的情况,开发了一种适用于单个林区施药航线规划的向量建模法(VectorModeling Method,VMM)和适用于多林区间调... 详细信息

直升机在现代林业病虫害防治中扮演重要角色,合理的航线规划对直升机航空施药至关重要。该研究针对直升机小坡度多片作业林区的情况,开发了一种适用于单个林区施药航线规划的向量建模法(VectorModeling Method,VMM)和适用于多林区间调度航线规划的双层嵌套遗传算法(Double Nested improved Genetic Algorithm,DNiGA)。VMM法以减少单林区间掉头次数和多余覆盖率为规划航线目标,DNiGA算法以外层遗传算法求解调度航线,内层遗传算法作为协助求解外层遗传算法适应度的算子,求解考虑各林区进出入点的区域间最优调度路径。在自建多林区环境下进行算法验证。对VMM和Slice算法进行对比,在3种喷幅下,VMM法的掉头次数均明显少于Slice算法,多余覆盖率分别为2.31%、5.28%和6.64%。对DNiGA与分步式IGA-GA算法进行比较,喷幅10、20、30 m时DNiGA算法求得区域间最优调度航线长度分别为5 006.09、4 644.97和5 295.47 m,较IGA-GA分别缩短了11.24%、5.11%和6.59%。R44直升机多林区植保作业试验表明,VMM和DNiGA算法规划的航线比人工经验法的掉头次数减少4次,多余覆盖率降低27.8%,施药航线长度缩短6.15%,区域间调度航线长度缩短16.41%。该算法适用于直升机多林区植保作业航线规划,可减少掉头次数,降低多余覆盖率,缩短区域间调度航线长度,对实现智慧农林植保作业具有一定价值。

关键词：直升机算法植保航线规划施药航线调度航线

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基于量子粒子群优化算法的无人艇航线规划

船舶力学 2020年第3期24卷 352-361页

作者：金建海孙俊张安通张波中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 江南大学物联网学院江苏无锡214122

针对目前无人艇主流航线规划算法存在效率低、收敛速度慢或易陷入局部最优等问题,文章将具有较强全局搜索能力的量子粒子群优化(QPSO)算法用于求解无人艇最优航线规划并结合人工势场思想进行针对性改进应用,仿真实验结果表明,该方法寻... 详细信息

针对目前无人艇主流航线规划算法存在效率低、收敛速度慢或易陷入局部最优等问题,文章将具有较强全局搜索能力的量子粒子群优化(QPSO)算法用于求解无人艇最优航线规划并结合人工势场思想进行针对性改进应用,仿真实验结果表明,该方法寻优能力强、收敛速度快、稳定性好,可较好地适用于不同环境下无人艇航线规划。

关键词：无人艇航线规划量子粒子群优化算法势场法

ICESat-2高程信息辅助下的北极冰区航线规划

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第9期49卷 1610-1620页

作者：赵羲霍瑞陈亦卓马跃季青庞小平武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079 武汉大学极地测绘科学国家测绘地理信息局重点实验室湖北武汉430079 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

为了实现北极航道重点区域海冰冰情的精准监测,高分辨率的海冰厚度信息必不可少,而目前普遍存在的千米级分辨率的海冰厚度数据无法满足该需求。针对以上问题,借助冰、云和陆地高程卫星(ice,cloud,and land elevation satellite-2,ICESat... 详细信息

为了实现北极航道重点区域海冰冰情的精准监测,高分辨率的海冰厚度信息必不可少,而目前普遍存在的千米级分辨率的海冰厚度数据无法满足该需求。针对以上问题,借助冰、云和陆地高程卫星(ice,cloud,and land elevation satellite-2,ICESat-2)测高数据沿轨间隔密集的优势,尝试建立ICESat-2 ATL10海冰干舷产品和哨兵2号(Sentinel-2)高分辨率影像反照率之间的回归模型。利用此模型获取密集分布的海冰干舷信息,通过静力平衡方程模型得到高分辨率的海冰厚度,结合基于Sentinel-2影像获取的高分辨率海冰密集度,对船舶进行北极航道小尺度区域下的适航性分析并规划最优航线。研究表明,ATL10海冰干舷值和Sentinel-2反照率拟合得到的回归模型具有较好的拟合精度,R^(2)均高于0.5,平均偏差均小于0.05 m,均方根误差均小于0.2 m。此外,高分辨率海冰参数信息对真实冰情细节之处的描述更加准确,尤其是在低分辨率海冰参数结果中较难体现浮冰间细小冰间水道的分布情况,因此所提高分辨率海冰参数反演方法可以为冰区船舶规划出更加精确的航行路线。

关键词： ICESat-2 海冰密集度海冰厚度航线规划

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多作业区域植保无人机航线规划算法

农业机械学报 2017年第2期48卷 75-81页

作者：徐博陈立平徐旻谭彧北京农业智能装备技术研究中心北京100097 中国农业大学工学院北京100083 北京市农林科学院农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097

针对植保施药多个作业区域的情况,研究了一种植保无人机全局航线规划算法,将整个算法分为单个区域航线规划、区域间作业顺序和区域间调度航线规划3部分。从作业路程、多余覆盖和遗漏覆盖的角度,分析了多种覆盖作业方式的优劣,确定了无... 详细信息

针对植保施药多个作业区域的情况,研究了一种植保无人机全局航线规划算法,将整个算法分为单个区域航线规划、区域间作业顺序和区域间调度航线规划3部分。从作业路程、多余覆盖和遗漏覆盖的角度,分析了多种覆盖作业方式的优劣,确定了无人机在单区域内的覆盖方式。基于遗传算法与TSP问题得到区域间的优化作业顺序,并基于改进的二进制编码遗传算法进行区域间调度航线的规划,最终实现无人机多作业区域航线的全局规划。仿真结果表明,规划算法可以有效地实现全局航线的规划,缩短了无人机的作业距离与区域间调度飞行的距离,达到了能耗与工作时间的优化,节省了航线规划所需的人力成本,使作业管理更加便利。

关键词：植保无人机航线规划多区域作业算法

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多预警机协同探测能力及航线规划

系统工程与电子技术 2016年第12期38卷 2764-2768页

作者：祁炜李侠蔡万勇金加根空军预警学院湖北武汉430019

针对带状责任探测区多架预警机协同探测问题,根据是否进行更高层级的多情报源信息融合处理,定义了两种协同模式。构建了多预警机实时探测覆盖区估算模型;提出了稳定覆盖度概念和定量公式;讨论了带状责任探测区中多预警机部署问题,给出... 详细信息

针对带状责任探测区多架预警机协同探测问题,根据是否进行更高层级的多情报源信息融合处理,定义了两种协同模式。构建了多预警机实时探测覆盖区估算模型;提出了稳定覆盖度概念和定量公式;讨论了带状责任探测区中多预警机部署问题,给出了具体的协同部署优化决策模型。对两种协同模式下多预警机部署问题进行仿真分析,结果表明Model2明显优于Model1,所构建的各种估算与决策模型考虑了各种主要的内、外因素,具有实用价值。

关键词：预警机协同探测实时探测覆盖区航线规划