改进速度障碍法的无人艇局部路径规划

针对传统速度障碍(velocity obstacles, VO)法进行局部路径规划时避碰路径长、避碰时间长以及忽略紧迫局面会遇中避让责任的约束等问题，提出一种适用于水面无人艇(unmanned surface vehicle, USV)的改进VO法。将四元船舶领域和碰撞威胁距离引入VO避碰时机的计算中，确定了避碰阈值；将最晚施舵距离作为碰撞危险局面过渡到紧迫局面的临界值，构建了紧迫局面模型；设计了USV避碰模型，并通过国际海上避碰规则(International Regulations for Collision Avoidance at Sea, GOLREGs)进行约束。比较分析了对遇、右交叉、左交叉和追越4种会遇的避碰仿真。仿真结果表明：改进的VO法平均路径缩短39.88%、平均时间减少44.26%,改进后的局部规划能够在保证安全避碰的条件下满足GOLREGs第8条和第13～17条的避让要求。     

基于粒子群优化算法的USV集群协同避碰方法

针对无人水面艇(unmanned surface vessel, USV)集群在路径规划中的协同避碰问题,提出了基于滚动优化策略结合粒子群优化算法的USV集群协同避碰方法。首先,通过已有雷达、光电等传感器参数指标建立综合视域模型;其次,采取基于正切函数的惯性权重调整结合线性调整学习因子的方法来提高粒子群优化算法的全局搜索能力,同时,在适应度函数中加入转艏角控制来提高路径的平滑性;最后,利用改进后的粒子群优化算法规划出每个综合视域内的路径。仿真实验结果表明,该优化算法能实现USV集群的实时避碰,并快速为USV集群规划出平滑、安全的全局最优无避碰路径。     

Vega虚拟环境避碰技术在潜水器仿真中的应用

基于软件平台Multigen Creator和Vega开发出的深海潜水器近海底作业视景仿真系统，能实现虚拟环境下的避碰要求；利用Vega中所提供的碰撞方式对象、在潜水器模型上安装碰撞矢量，使其能够在虚拟的复杂海底地形环境中成功地规避其作业路径上的障碍和预知其作业路径上的起伏。仿真结果表明，虚拟环境避碰技术能显著提高潜水器水下作业仿真过程的效果和逼真性。     

双臂空间机器人的通用运动学路径规划算法

提出了一种基于通用运动学模型的双臂空间机器人在自由浮游状态下捕捉目标并避免碰撞障碍物的路径规划算法。过去的双臂空间机器人路径规划问题主要研究双臂的避碰问题 ,而忽略了机器人本体的避碰问题。实际上 ,当机械臂运动时 ,机器人本体也在相对运动 ,这个相对运动随机械臂质量与本体质量之比的增大而增大。利用通用运动学模型计算出双臂空间机器人的各点 (包括本体 )的速度 ,并在路径规划过程中根据机器人本体的速度计算出本体平动的距离 ,克服这个平动来避免与障碍物碰撞。最后 ,通过路径规划算法的计算机仿真结果证明了所提出路径规划算法的可行性     

基于速度障碍圆弧法的UAV自主避障规划研究

提高复杂环境下无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)自主避障能力成为亟待解决的关键问题。针对现有避障算法忽略“潜在危险”障碍的影响和对多障碍避碰复杂的问题,建立障碍物威胁分级模型,提出一种速度障碍圆弧法,该方法通过速度障碍圆弧参数量化了威胁障碍的影响。同时,给出了速度障碍圆弧参数的系统计算方法,考虑了复杂环境下UAV与威胁障碍之间不同相对位置和相对速度情况。基于速度障碍圆弧法给出相应的避碰算法。以路径规划为实例对避碰算法进行了仿真验证,仿真结果验证了算法的有效性和实用性。     

舰载机牵引系统甲板调运避碰路径规划

针对舰载机牵引系统的甲板调运过程,提出了一种适用于复杂障碍物环境中不规则形状目标的路径规划方法。针对舰载机外轮廓特点,建立了目标的凸构型描述形式,并推导了多目标间碰撞检测及距离计算方法,在此基础上提出了舰载机牵连运动的轨迹跟踪控制算法,同时引入行为动力学方法实现牵引系统的避碰路径规划。为提高复杂环境下的避碰能力,基于广义符号阈值函数,提出了避障行为策略改进方法。仿真结果表明,本文提出的算法能够有效地解决舰载机牵引系统的避碰路径规划问题。     

基于碰撞预测的无碰撞航路规划

人工势场法作为路径规划的一种算法,由于其数学描述简洁且易于执行,所得路径较短且平滑,在许多工程领域中被广泛使用.由于势函数斥力作用仅考虑机器人与障碍物的距离,这就使航路规划在障碍物附近无差别的采取避碰措施,这就导致无谓避碰行为的出现,极大影响航路规划的效率,且容易出现狭窄通道无法识别以及由周边多个障碍物的合斥力造成的局部极小值问题.针对无谓避碰行为,提出碰撞危险度评估模型和障碍物影响距离确定模型,针对局部极小值和航路点震荡问题,提出虚拟障碍物法和过滤震荡点法,以此构成基于碰撞预测的航路规划法.仿真结果表明该方法能够有效的避免无谓避碰行为,且无局部极小值和航路点震荡问题,所得路径也较短.     

船舶自动舵和自动避碰算法仿真测试平台的研究

采用MatLab的Simulink工具箱和实船实验测试船舶自动舵和自动避碰算法，存在风险大、调试周期长、费用高的缺点。基于全任务船舶操纵模拟器，研究可用于测试船舶自动舵算法和自动避碰算法的仿真测试平台。详细介绍了该测试平台的体系结构、系统功能、接口设计，并以船舶航迹保持算法为例仿真测试了该算法对一艘商船的控制效果。该平台已成功应用于船舶自动舵和自动避碰算法的测试。     

基于Simulink与Stateflow的船舶避碰决策支持系统仿真

在Simulink仿真环境下构建了一个自动避碰系统模型,模型中的避碰方案是以实际海员避碰行为为原型设计的,其避碰行动指标是在参考避碰行动统计研究后设定,并且符合国际海上避碰规则.此自动避碰系统模型是以层次化模块图的方式构建,模块化的设计使其灵活性较强,里面的避碰指标参数、船舶控制算法、船舶数学模型都可以根据需要进行调整和修改,并且在参数改变后可以立即在可视化模块中观察避碰结果.     

模糊控制策略在避碰运动系统中的应用

目前多机器人避碰运动已经被广泛研究,其控制策略也多种多样.主要解决基于全景视觉传感器的多机器人多目标系统中机器人之间以及机器人和静态障碍物之间的避碰问题,提出了单个自主运动机器人的结构模型、自主机器人周围物体的态势模型以及移动机器人动态速度的快速检测方法.机器人的运动决策采用基于Step-Forward策略的模糊推理机制,实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径,最终达到目标点.仿真结果表明了该算法应用于移动机器人在动态复杂环境中的无碰撞运动具有正确性、实用性和智能性等优点,同时该算法计算量小,运算速度快,提高了机器人控制的响应速度.     

Saturation attack based route planning and threat avoidance algorithm for cruise missiles

According to the characteristic of cruise missiles,navigation point setting is simplified,and the principle of route planning for saturation attack and a concept of reference route are put forward.With the help of the shortest-tangent idea in route-planning and the algorithm of back reasoning from targets,a reference route algorithm is built on the shortest range and threat avoidance.Then a route-flight-time algorithm is built on navigation points.Based on the conditions of multi-direction saturation attack,a route planning algorithm of multi-direction saturation attack is built on reference route,route-flight-time,and impact azimuth.Simulation results show that the algorithm can realize missiles fired in a salvo launch reaching the target simultaneously from different directions while avoiding threat.     

交叉粒群算法在无人机航路规划中的应用

随着现代战场环境的日益复杂和作战范围的不断扩大,给无人机（unmanned aerial vehicle, UAV）执行空中侦察、监视、作战等任务带来了严重挑战。为了提高UAV的作战效率和生存概率,从UAV的威胁空间建模出发,根据战场分布的威胁区域,先利用威胁回避技术快速地给出一条从起始点到目标点的粗选航路;然后在此基础上,应用粒群算法和遗传算法中交叉和变异操作相结合的思想,对粗选规划航路进行全局优化,从而找出一条能确保自身安全并威胁代价最小的最优飞行航路。仿真结果说明,该方法是有效、可行的。     

ATIS条件下的城市交通网络系统优化模型及算法

考虑了影响ATIS(advanced traffic information system)条件下的出行者道路和停车选择行为以及影响ATIS市场占有率的主要因素,构造了基于概率的SUE模型来描述ATIS条件下的道路和停车选择问题.在此基础上,构造了双层规划模型来解决道路及停车信息条件下交通网络的系统优化问题,其中上层模型是一个系统优化问题,下层模型是描述出行者道路和停车选择的SUE模型.最后,通过一个数值例子分析了模型及算法的应用效果     

复杂海事安全条件下的船舶应急航线决策方法

针对船舶作业需要满足的复杂海事安全条件,提出一种基于改进智能水滴-交互速度障碍的船舶应急航线自主决策方法.通过引入最优解邻域扩张机制增加解的多样性,对基本智能水滴算法进行改进,避免算法在寻优过程中陷入局部最优解导致算法"早熟".利用改进的智能水滴算法对已知环境进行全局航线决策,再利用交互速度障碍法根据遇到的动态障碍物进行局部航线重规划.仿真实验证明航线决策方法可以快速有效地规划出最优航线并实现实时动态避碰.     

基于3DSAS的多约束多航迹协同规划与搜索方法

为解决多航迹规划中的避撞与协同问题,提出一种三维环境下的基于稀疏A*的多航迹协同规划方法。该方法设计了一种规划框架,分别在航迹搜索前与搜索过程中考虑多航迹的协同问题。在航迹搜索过程中,不但结合单条航迹原有的约束条件,同时还进行了航迹间的碰撞检测,并且通过航迹的协同违背量等因素来进行启发式搜索。该方法可以有效处理各类约束条件,简化启发因子,从而获得更好的规划性能。     

可变步长的投影梯度算法与交通网络流量分配

以确定性交通网络用户均衡问题为研究对象，在系统分析了确定性用户均衡问题的模型与优化条件的基础上。提出了可变步长投影梯度方法，并把它用于交通量分配问题．该方法把数学方法与交通工程实践相结合，避免了传统算法中可能出现的解的振荡现象．根据路径费用的大小决定路径解集的取舍，最终可以找到与各OD对相对应的多条最短路径，这个思想把Wardrop原则直接用于分配方法的设计，使路径选择者、交通工程师直观地体会到交通路径选择的多样性．实例验证了算法的合理性与丰富性．     

不确定条件下无人作战飞机在线攻击轨迹决策

针对无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)对地攻击过程中存在的诸多不确定性因素问题,提出基于滚动时域策略和Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method, GPM)的在线实时攻击轨迹决策算法。算法采用滚动时域的优化策略,将全局优化问题转化为一系列相互叠加但不断向前推进的优化区间,通过滚动更新和反馈校正消除不确定误差,同时降低了所提算法的计算复杂度和对计算资源的需求;综合飞行包线约束,武器投射约束和威胁规避约束,采用GPM完成高精度攻击轨迹求解;采用实时迭代策略提供优化初值,通过自适应目标函数切换引导UCAV迅速规避近距突发威胁。仿真结果表明,所提算法能够有效消除不确定误差,同时以较高的精度和速度生成可行的攻击轨迹。     

后悔视角下的多用户多准则随机用户均衡模型

在多用户多准则的交通网络中,假设出行者的出行时间价值是异质的,服从某一连续分布函数,且考虑出行者的后悔厌恶水平,建立了基于后悔理论的logit形式的随机用户均衡模型.然后,给出了与该模型等价的变分不等式问题,并使用相继平均法求解.最后用一个算例来说明所构建模型的合理性和所提出算法的可行性.算例结果表明,后悔厌恶水平确实影响出行者的路径选择行为,并且随着后悔厌恶水平的增加,高出行时间价值的出行者选择路径的变化幅度先大后小,相反低出行时间价值的出行者选择路径的变化幅度先小后大.     

铁路通信网路径选择性能优化及仿真分析

提出了铁路通信运营支撑系统(RCBSS)的体系结构，讨论了Dijkstra算法在其电路路径自动搜索上的应用，在此基础上提出了基于动态权值、具有平衡网络负载功能的路径搜索优化方案，并利用存储过程、动态链表初始化、四叉堆排序以及双向并行搜索算法，有效地提高了其搜索速度，合理地分配了网络负载，使网络性能得以优化。最后，通过仿真性能分析证实了这一方案的优越性。