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1、《自動(dòng)化與儀器儀表》2017年第5期(總第211期)無(wú)人水下航行器雙層路徑規(guī)劃研究段有艷(昆明冶金高等?？茖W(xué)校云南昆明,650033)摘要:探討了當(dāng)無(wú)人水下航行器的任務(wù)環(huán)境地圖較大,且存在一定障礙物時(shí),可采用分層路徑規(guī)劃并依據(jù)航路序列順序跟蹤控制的方法來(lái)解決該問(wèn)題。上層規(guī)劃可以在忽略障礙以及一些環(huán)境信息的情況下近似為旅行商(TSP)問(wèn)題進(jìn)行求解以獲得任務(wù)路徑點(diǎn)的最優(yōu)序列,下層規(guī)劃則對(duì)上層生成的最優(yōu)序列中兩目標(biāo)點(diǎn)之間采用A?算法來(lái)進(jìn)行局部規(guī)劃,避開障礙物,然后,無(wú)人水下航行器根據(jù)路徑規(guī)劃算法生成的航路序列順
2、序跟蹤航路點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該雙層規(guī)劃方法能較好地實(shí)現(xiàn)在全局環(huán)境下的任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)最優(yōu)排序并能實(shí)現(xiàn)在局部環(huán)境下實(shí)時(shí)路徑生成及障礙規(guī)避,并分析了不同柵格大小對(duì)路徑跟蹤的影響。關(guān)鍵詞:雙層路徑規(guī)劃;環(huán)境建模;TSP問(wèn)題;遺傳算法;A?算法;路徑跟蹤控制中圖分類號(hào):TP18;TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI編碼:10．14016/j.cnki．1001-9227．2017．05．187Abstract:Thispaperdiscussesthethoughtthatuseshierarchicalpathplanni
3、ngandthemethodaccordingtotherouteandsequenceordertrackingcontroltosolvepathplanning,whenunmannedunderwatervehiclefacesalargertaskenvironmentmapandsomeobstacles.Theoptimalsequencethatignoreobstaclesandsomeenvironmentalinformationtosolveandgetmissionpathpoi
4、ntsisselectedtobetheupperlevelplanning,andthelowerlevelplanningusesA?algorithmtosolvethelocalplanningbetweentwotargetpointsthatisobtainedfromtheoptimalsequenceofupperlevelforavoidingobstacles.Simulationresultsthatusethepathplanningalgorithmtogenerateroute
5、waypointsequenceorderfortrackingwaypointsshowsthatthebi-levelplanningmethodcanimplementtheoptimaltargetpoints’sortontheglobalenvironment,achievethereal-timepathgenerationandavoidobstaclesinthelocalenvironment.Finally,theeffectofdifferentgridsizesonpathtra
6、ckingisan-alyzed.Keywords:bi-levelpathplanning;environmentmodeling;TSPProblem;A?Algorithm;pathfollowingcontrol部的原始形式通過(guò)一系列處理轉(zhuǎn)化為適合規(guī)劃的內(nèi)部模0引言型,這個(gè)過(guò)程就是環(huán)境建模,其中主要是障礙物的表示方[12]為了使無(wú)人水下航行器能夠在任務(wù)環(huán)境地圖較大,且法。在本仿真實(shí)驗(yàn)中將采用柵格法,柵格法的主要思想存在一定障礙物條件下安全航行,順利完成水下作業(yè)任是將環(huán)境離散化為規(guī)則的基本單元—二維
7、或三維的柵格,[1-2]務(wù),其路徑規(guī)劃與安全避障技術(shù)研究就十分關(guān)鍵。路通過(guò)對(duì)柵格的描述實(shí)現(xiàn)環(huán)境的系統(tǒng)建模。柵格數(shù)量大時(shí)能[3-6]徑規(guī)劃本身可以分為若干層次,包括基于環(huán)境先驗(yàn)信得到更精確的解,但求解時(shí)間增長(zhǎng)且所占用的內(nèi)存增大。息的全局路徑規(guī)劃、基于不確定環(huán)境的傳感器信息的局部如圖1所示為無(wú)人水下航行器的活動(dòng)范圍,是一個(gè)100×100路徑規(guī)劃和底層的避碰規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃是在較大的的柵格空間,障礙物則表示為某一類柵格的集合。環(huán)境地圖中忽略障礙物、海流等一些環(huán)境信息,只考慮任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)實(shí)際位置的情況下對(duì)各個(gè)任務(wù)
8、目標(biāo)點(diǎn)的巡航順序進(jìn)行排序以達(dá)到某項(xiàng)性能指標(biāo)的最優(yōu),如路徑最短、能量消耗最少等。局部路徑規(guī)劃則是在有限的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)航行器的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃,一般為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的路徑規(guī)劃。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的局部路徑搜索應(yīng)采用簡(jiǎn)單的運(yùn)行軌跡,使控制簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),能避開靜態(tài)及動(dòng)態(tài)障礙,使得運(yùn)行的總距離、時(shí)間最小或達(dá)到最小的能量消耗。本文考慮在當(dāng)環(huán)境地圖較大,且存在一定障礙物時(shí),采用分層規(guī)劃,上層忽略障礙以[7-9]及一些環(huán)境信息的情況下近似為TSP問(wèn)題進(jìn)行求解以圖1環(huán)
