基于增强拓扑神经演化强化学习的水面无人艇局部路径规划

针对水面无人艇(unmanned surface vessel, USV)在复杂环境下的局部路径规划问题,对USV路径规划问题进行了数学建模,提出了基于增强拓扑神经演化(neuroevolution of augmenting topologies, NEAT)算法的局部路径规划方法;设计了神经网络初始结构和演化参数,对初始神经网络结构进行演化实现避障及到达指定目标的路径规划任务;通过设计适应度函数,实现路径点数目的优化。仿真结果表明:利用NEAT算法演化神经网络的方法能够使USV在复杂的环境中准确避开障碍物并到达目标点,且在路径点数目和鲁棒性方面优于传统的模糊逻辑算法与人工势场算法。     

基于改进模糊评价法的无人艇碰撞风险计算

为了解决传统模糊评价模型在船舶风险评估中多仅适用远距离场景,以及缺乏考虑《国际海上避碰规则》(International Regulations for Collision Avoidance at Sea, COLREGs)等问题,提出一种改进的模糊评价法,用于计算水面无人艇(unmanned surface vessel, USV)的碰撞危险度。该方法采用四元船舶领域确定模型中的安全距离,并通过行动域模型明确模型中碰撞威胁距离。同时,将两船是否构成紧迫危险局面引入到碰撞危险度的计算中。实验结果表明,改进后的方法能够适用于近距离水域的USV碰撞危险度计算,同时满足COLREGs的要求和航海避碰实际情况。     

HS458型全铝快艇试航中外底板强度破坏分析

介绍HS458型全铝滑行艇基本情况及其首制艇试航中所发生的底部外板破坏进水情况,依据国外造船规范和有关强度理论对该破坏状况进行了分析计算,并提出了改进措施.最后对全铝制小艇的建造提出了几点改进建议.     

单目视觉引导下的无人艇局部避障方法

针对无人艇（unmanned surface vehicle,USV）在作业过程中,需要及时躲避未被标注在地图上的漂浮障碍,并及时返回规划航道的问题,提出一种基于单目视觉的无人艇局部避障方法。避障方法使用YOLO网络识别图像中的障碍物,结合针孔成像原理和水体自由断面特点,解决单目视觉尺度不确定问题,从图像中恢复出障碍物的宽度及深度信息;针对无人艇惯性大,机动性差的特点,引入虚拟水道宽度等信息素,提出了改进的向量场直方图算法（vector field histogram plus,VFH+）;算法参考当前障碍疏密,动态调整不同信息素对最佳航向角计算的影响,引导无人艇在兼顾全局导航信息情况下,应对未知漂浮障碍物快速自动局部避障。基于水动力模型和Gazebo仿真引擎搭建无人艇避障的仿真实验平台。在仿真中快速迭代研究算法的参数范围及控制效果,实现了无人艇在舱内空间和能量均有限的工况下,仅使用单目视觉传感器,兼顾全局路径规划和局部障碍信息,自动化高效躲避漂浮障碍,并在脱离障碍后回归原有规划路径的功能。     

40m游艇艇艏砰击压力有限元分析

为了研究艇艏横倾时的砰击状况,采用数值模拟的方法对一艘长40 m钢制游艇的艇艏砰击性能进行了分析.在验证有限元方法模拟船舶入水砰击的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立船艏二维有限元模型,分析了游艇不同入水速度和横倾角对艇艏砰击压力的影响规律,数值模拟结果为预报艇艏的砰击压力状况提供依据,为游艇的结构设计提供参考价值.     

A*算法与蚁群算法相结合的无人艇巡逻路径规划

针对无人艇海上巡逻路径规划问题,提出了一种A~*算法与蚁群算法相结合进行最短巡逻路径优化的方法.在传统A~*算法的八角度搜索基础上,设计了一种多角度A~*算法以获得更短的两点之间可行路径,并以A~*算法搜索结果构建任意两个巡逻点之间的最短路径网络.结合最短路径网络建立多点巡逻路径规划问题的目标函数,利用蚁群算法进行求解以获得全局最优的巡逻路径.针对巡逻路径转折角较大的问题,提出了一种平滑算法以获得更符合实际航行需求的平滑路径.仿真结果表明:该方法有效地去除了冗余节点,缩短了路径长度,提高了路径平滑度,规划出了一条更优的无人艇巡逻路径.     

基于USV拖曳声纳的声信标定位方法研究

为实现声信标定位系统的精确化、智能化发展,文中提出了一种基于无人水面艇(unmanned ship vehicle, USV)拖曳探测声呐的声信标定位方法.利用USV配备的多核DSP芯片,对声纳采集平台接收的数据进行处理并实现声信标的定位.介绍了声信标定位系统的整体框架以及USV系统的工作模块,并且运用自回归(autoregressive model, AR)模型预白化算法和匹配滤波对接收信号进行降噪处理,然后利用离格点稀疏贝叶斯推断(off grid sparse bayesian inference, OGSBI)算法实现了声信标的波达方向(direction of arrival, DOA)估计.最后通过仿真实验进行验证,结果表明,定位方法能够实现对声信标的DOA精确估计,进一步实现了无人声信标定位系统.     

渔船减阻球鼻艏模型优化研究

为探究球鼻艏变化对渔船水动力性能的影响，在母型船直立艏方案的基础上，以总阻力为优化目标，进行增设球鼻艏设计.首先对渔船进行参数化建模，采用自由变形(FFD)方法对艏部的几何参数进行改造；然后使用拉丁超立方设计方法进行采样，将CFD数值模拟与BP神经网络相结合，建立以高度精确的数值模拟为优化特征的母型船预测模型；最后利用遗传算法对渔船进行目标优化，寻求总阻力优解的设计点.结果表明：基本船型配合增设优解的球鼻艏后，在3种航速情况下，总阻力分别减小0.30%、0.58%、1.02%.