吳　博　文元橋　吳　貝　周思楊　肖長詩

(武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院1)　武漢　430063)　(內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2)　武漢　430063) (武漢海事局3)　武漢　430000)　(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所4)　武漢　430000)

水面無人艇避碰方法回顧與展望*

吳博1，2)文元橋1，2)吳貝3)周思楊4)肖長詩1，2)

(武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院1)武漢430063)(內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2)武漢430063) (武漢海事局3)武漢430000)(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所4)武漢430000)

摘要：水面無人艇因其具有體積小、速度快、較好的隱身性、較高的智能化等特點(diǎn)被世界各國廣泛應(yīng)用.隨著其應(yīng)用價(jià)值的不斷提高，水面無人艇日益成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn).避碰技術(shù)作為水面無人艇的核心技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)無人艇安全航行正常執(zhí)行任務(wù)的重要前提.針對水面無人艇的避碰問題，從水面無人艇全局路徑規(guī)劃和局部避碰的角度，分別闡述了國內(nèi)外主要研究成果，并且總結(jié)了水面無人艇避碰方法目前存在的一些問題，同時(shí)對未來的研究方向進(jìn)行了展望.

關(guān)鍵詞：水面無人艇;避碰方法;全局路徑規(guī)劃;局部避碰

0引言

水面無人艇是因軍事作戰(zhàn)、海事監(jiān)管巡航、海洋環(huán)境監(jiān)測等需求應(yīng)運(yùn)而生的新型智能水面航行艇，常被用來執(zhí)行在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中特殊的、不適合有人船只完成的任務(wù).它集速度快、安全性高、多功能一體化等特點(diǎn)于一身，可實(shí)現(xiàn)快速、高效、準(zhǔn)確完成任務(wù)的要求.在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，水面無人艇安全航行、順利完成各項(xiàng)任務(wù)的一個(gè)重要的前提就是水面無人艇能夠?qū)崿F(xiàn)避碰功能.作為水面無人艇研究的核心技術(shù)之一，水面無人艇的避碰不僅從一定程度上反映了水面無人艇智能化水平的高低，也是水面無人艇實(shí)現(xiàn)自主安全可靠航行的關(guān)鍵技術(shù)之一.水面無人艇避碰技術(shù)包括無人艇全局路徑規(guī)劃和局部避碰.

水面無人艇的全局路徑規(guī)劃主要解決水面無人艇定位和路徑跟蹤問題[1-2].水面無人艇在已知任務(wù)的起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的情況下，根據(jù)任務(wù)的要求(時(shí)間最少、距離最短或者安全性最高等)規(guī)劃出一條無碰可航路徑.在進(jìn)入某水域前，全局路徑規(guī)劃已為水面無人艇規(guī)劃出在該水域安全可航的路徑，這為其快速、靈活、安全地航行提供了基礎(chǔ).

水面無人艇的局部避碰是指在無人艇航行過程中，遇到障礙物(全局路徑規(guī)劃過程中未考慮的障礙物，例如，突然出現(xiàn)的船舶等)采取正確合理的規(guī)避行為.水面無人艇在航行過程中，遇到突然出現(xiàn)的船舶、漂浮物等礙航物時(shí)，能夠及時(shí)有效的調(diào)整航速或航向，駛離原規(guī)劃路徑，進(jìn)而躲避新出現(xiàn)的礙航物，在完成原目標(biāo)任務(wù)的前提下，盡可能的確?？焖侔踩叫?

水面無人艇在航行及執(zhí)行任務(wù)過程中，可通過航行前的全局路徑規(guī)劃和航行過程中的局部避碰實(shí)現(xiàn)航線整體實(shí)時(shí)設(shè)定，完成無人艇的安全快速航行及正常執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的要求.下面分別介紹水面無人艇在全局路徑規(guī)劃和局部避碰方面的國內(nèi)外研究成果.

1水面無人艇全局路徑規(guī)劃

目前，國內(nèi)外已有許多專家學(xué)者對水面無人艇全局路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究，并取得了一定的研究成果.其中涉及到的研究方法包括可視圖法、遺傳算法、模糊算法、勢場法、粒子群優(yōu)化算法、Dijkstra算法和A*算法等.

陳超等[3]提出了一種基于可視圖的 A*算法解決全局路徑規(guī)劃問題.該算法的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)合了可視圖法處理無人艇避讓障礙物，同時(shí)運(yùn)用啟發(fā)式的方法增強(qiáng)可視圖法對環(huán)境的適應(yīng)性和實(shí)時(shí)性，不僅克服了傳統(tǒng)可視圖法靈活性差的問題，還可以提高規(guī)劃效率.

在利用勢場法進(jìn)行路徑規(guī)劃過程中，容易出現(xiàn)局部最小點(diǎn)問題，造成無法找到最優(yōu)路徑.文獻(xiàn)[4]針對這種情況提出了基于改進(jìn)人工勢場法的水面無人艇路徑規(guī)劃，通過建立新的引力和斥力勢場函數(shù)來解決局部最小點(diǎn)問題.

當(dāng)斥力大于引力時(shí)，將會產(chǎn)生水面無人艇不能到達(dá)目標(biāo)位置，而是在目標(biāo)點(diǎn)附近振蕩情況.通常的斥力勢場函數(shù)：

(1)

新的斥力勢場函數(shù)：

(2)

式中:ρo為障礙物的影響距離；ρ為水面無人艇與障礙物的最近距離；x-xgoal為水面無人艇與目標(biāo)之間的相對距離；n為一個(gè)任意的大于零的實(shí)數(shù)；?為增益系數(shù).改進(jìn)算法的特點(diǎn)為：當(dāng)無人艇向目標(biāo)點(diǎn)前進(jìn)時(shí)，斥力會大幅減小，保證整個(gè)勢場僅在xgoal點(diǎn).

當(dāng)水面無人艇進(jìn)入局部最小點(diǎn)，可以給引力加個(gè)振蕩函數(shù)，以此來協(xié)助無人艇尋找下一個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn).

通常的引力場函數(shù)：

(3)

新的引力場函數(shù)：

(4)

式中:F(X)為振蕩函數(shù)；k為引力增益系數(shù)；X-Xgoal為水面無人艇與目標(biāo)之間的相對距離.改進(jìn)算法的特點(diǎn)為：當(dāng)水面無人艇進(jìn)入局部最小點(diǎn)時(shí)，振蕩函數(shù)會隨機(jī)改變引力場的方向，相當(dāng)于改變了終點(diǎn)的坐標(biāo)，以這種振蕩行為來破壞平衡，以此協(xié)助水面無人艇走出局部最小點(diǎn).

Soltan等[5-6]在對水面無人艇全局路徑規(guī)劃研究過程中，利用基于離散空間遺傳算法、基于勢場柵格法的人工勢場算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，并選取合適的參數(shù)縮短規(guī)劃時(shí)間和優(yōu)化規(guī)劃路徑，提高了水面無人艇的安全航行效率.

饒森等[7]對水面無人艇的全局路徑規(guī)劃進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，研究了將遺傳算法和分層模型相結(jié)合的路徑規(guī)劃算法，解決了大尺度環(huán)境范圍內(nèi)的全局路徑規(guī)劃問題.

莊佳園等[8]為解決水面無人艇全局路徑規(guī)劃問題，提出了一種基于電子海圖的距離尋優(yōu)Dijkstra算法，該算法基于電子海圖進(jìn)行環(huán)境建模，將電子海圖信息轉(zhuǎn)化為可識別模式進(jìn)行環(huán)境讀取，運(yùn)用改變網(wǎng)格精度方法在水域中選取有效網(wǎng)格，并通過仿真驗(yàn)證了該方法的有效性.

文獻(xiàn)[9]提出了利用基于電子江圖的路徑遍歷算法進(jìn)行內(nèi)河水面無人艇路徑規(guī)劃研究.算法運(yùn)用柵格法在內(nèi)河水域中選擇可航水域，并利用Voronoi圖對動(dòng)態(tài)物標(biāo)建立航行路徑集，進(jìn)行優(yōu)化后選取可航路徑.

文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種基于航海雷達(dá)圖像處理的規(guī)劃方法，以處理水面無人艇的全局路徑規(guī)劃問題.利用邊緣保持去噪平滑算法和自適應(yīng)閾值法對航海雷達(dá)的原始圖進(jìn)行處理并建立了環(huán)境模型.采用距離尋優(yōu)的Dijkstra算法搜索最佳路徑，將所提出的算法經(jīng)海上和湖上實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證.

莊佳園等[11]針對無人艇速度快及實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)，為滿足路徑規(guī)劃需要，在經(jīng)典快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(RRT)算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于改進(jìn)RRT算法的路徑規(guī)劃方法，通過雷達(dá)獲取環(huán)境信息，引入抑制因子，限定轉(zhuǎn)角和距離啟發(fā)信息，改進(jìn)生長點(diǎn)和探索點(diǎn)的選擇，提高了規(guī)劃速度.采取去除多余規(guī)劃航點(diǎn)和運(yùn)用船舶回轉(zhuǎn)性能平滑規(guī)劃路徑方法，縮短航行距離，提高了路徑的可航性.

Kim等[12]結(jié)合Line-of-Sight(LOS)導(dǎo)航策略研究無人艇的全局路徑規(guī)劃問題(見圖1)，其主要功能為檢測在規(guī)劃的路徑上是否存在障礙物，如果無人艇與目標(biāo)位置LOS角度收斂于某一角度ψlos，那么該角度被視為收斂目標(biāo)位置.在無人艇航行過程中，使無人艇位置能夠收斂到期望路徑上，偏航角收斂到視線角內(nèi).

(5)

Kim研究了基于ARC-θ*(angular rate-constrained-θ*)路徑旋轉(zhuǎn)角速率限制法方法的路徑規(guī)劃，該規(guī)劃方法類似于A*算法，但主要區(qū)別在于選擇規(guī)劃點(diǎn)的不同.ARC-θ*中限制了LOS的收斂角度和能夠適應(yīng)于無人艇轉(zhuǎn)彎能力的角速度大小，即

(6)

式中：r為角速度；v為航行速率；R為旋轉(zhuǎn)半徑.

該方法改善了其他算法沒有考慮船舶的性能的不足，實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)性，并且具有規(guī)劃路徑距離最短優(yōu)點(diǎn).

圖1　Line-of-Sight(LOS)模型圖

Campbell等[13]仍是基于LOS導(dǎo)航策略研究無人艇的路徑規(guī)劃問題.文中結(jié)合了無人艇控制方法，引入國際避碰規(guī)則作為限制因素研究水上無人艇避碰問題，國際海上避碰規(guī)則的融入主要是為降低由于人為錯(cuò)誤造成的避碰事故.但是，運(yùn)用LOS方法規(guī)劃路徑，容易在外界環(huán)境的擾動(dòng)下提高軌跡跟蹤誤差，造成超調(diào)而無法精確到達(dá)下一指定點(diǎn).

文獻(xiàn)[14]基于快速步進(jìn)(FM)方法進(jìn)行無人艇路徑規(guī)劃研究.FM方法公式為

(7)

式中：T(x)為無人艇到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間；w(x)為無人艇在目標(biāo)點(diǎn)處的移動(dòng)速度.文章中選取環(huán)境地圖進(jìn)行柵格化處理，建立環(huán)境模型，在沒有障礙物的網(wǎng)格中賦值1，有障礙物的網(wǎng)格中賦值0.建立以物標(biāo)到達(dá)不同點(diǎn)時(shí)間為勢值的勢場，到達(dá)越遠(yuǎn)的地方勢場值越高.當(dāng)有障礙物存在的地方，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間為無窮大.

該方法區(qū)別于勢場法的地方為：FM的潛在領(lǐng)域有全局最小值，從而避免了局部最小值的問題出現(xiàn).

在選取避碰路徑過程中，找到從起始點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的所有最佳路徑，選擇其中勢場值最低點(diǎn)的集合路徑，并且該路徑保證歐幾里德距離最短.

Casalino等[15]利用分層思想進(jìn)行避碰，其主要避碰策略為：利用柵格法建立環(huán)境模型，并根據(jù)障礙物信息及相關(guān)約束條件建立全局路徑，根據(jù)障礙物實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，對路徑進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)避碰的實(shí)時(shí)有效性.在建立環(huán)境模型的過程中，首先將靜態(tài)障礙物膨化處理，采用A*算法獲取全局路徑，根據(jù)動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)動(dòng)趨勢修改完善規(guī)劃路徑，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)避碰.當(dāng)運(yùn)動(dòng)障礙物的信息數(shù)據(jù)不能有效獲取時(shí)，采用最后一層規(guī)避方式，即反應(yīng)式短期危險(xiǎn)規(guī)避.

2水面無人艇局部避碰算法

目前，在解決水面無人艇局部避碰問題時(shí)眾多學(xué)者將智能算法應(yīng)用到局部避碰過程中，有些方法考慮了無人艇的操縱運(yùn)動(dòng)特性和外界環(huán)境的干擾，在環(huán)境模型的建立過程中有利用航海助航儀器進(jìn)行環(huán)境識別，并通過仿真驗(yàn)證避碰的有效性.

Almeida等[16]利用航海儀器、傳感器等探測障礙物，根據(jù)障礙物距離進(jìn)行危險(xiǎn)等級劃分，加以避碰.在研究過程中，通過攝像機(jī)獲取外界環(huán)境信息，輸入“C&C”框架進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)無人艇局部避碰.

馬闖等[17]基于改進(jìn)的VFH(vector field histogram)算法，實(shí)現(xiàn)了無人艇在三維空間內(nèi)的實(shí)時(shí)避碰，在環(huán)境建模過程中利用雙層聲吶獲取障礙物的信息.Liao等[18-19]提出了綜合運(yùn)用全局路徑規(guī)劃和局部避碰而建立的混合路徑，對無人艇進(jìn)行避碰規(guī)劃，并取得了一定的成果.

文獻(xiàn)[20]提出了3種基于軌跡規(guī)劃的障礙物規(guī)避方法.方法一，以障礙物的邊緣為界限進(jìn)行路徑規(guī)劃；方法二，考慮外界環(huán)境的影響，當(dāng)外界環(huán)境影響了水面無人艇路徑規(guī)劃，將進(jìn)行修正再規(guī)劃；方法三，將啟發(fā)式A*算法與局部邊界最優(yōu)規(guī)劃相結(jié)合，利用博弈樹搜索方法獲得位置.在進(jìn)行無人艇避碰過程中考慮海浪對船體的影響，并且當(dāng)周圍存在多個(gè)障礙物時(shí)，避碰原則為碰撞危險(xiǎn)度最低.

Aaron等[21]提出了基于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則的水面無人艇避碰方法.該方法首先制定了一組候選避碰策略，根據(jù)時(shí)變環(huán)境水域特征等外界條件選擇不同的速度或轉(zhuǎn)向措施.制定出的多種避碰策略，要求其滿足相關(guān)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，這里的規(guī)則是指根據(jù)目標(biāo)的避碰優(yōu)先權(quán)高低來確定避碰準(zhǔn)則.

Glotzbach等[22]提出了一種應(yīng)用于異構(gòu)水面無人艇編隊(duì)避障的方法.文中所介紹的避碰方式有2種：(1) 保持原有隊(duì)形避碰，重新規(guī)劃路徑；(2) 重構(gòu)隊(duì)形避碰，以“一”字隊(duì)形穿越障礙物群.

文獻(xiàn)[23-24]提出了基于速度障礙法的水面無人艇避碰方法.首先建立了速度空間坐標(biāo)系，水面無人艇在航行過程中避免進(jìn)入速度重疊空間即可安全通過.文章結(jié)合國際海上避碰規(guī)則(COLREGS)相關(guān)內(nèi)容，判斷無人艇避障的方向.

文獻(xiàn)[25]研究基于速度障礙法并考慮風(fēng)浪流影響下的無人艇操縱運(yùn)動(dòng)特性的自主避碰算法.首先建立了無人艇和障礙物速度坐標(biāo)系，通過改變無人艇速度方向使無人艇和避障物的速度不發(fā)生重疊，以此避讓障礙物.該方法考慮了無人艇操縱運(yùn)動(dòng)特性，在避碰過程中均以無人艇作為主動(dòng)避碰船舶去比讓他船，并且在轉(zhuǎn)向避讓的過程中以最小的轉(zhuǎn)向角作為一個(gè)限制條件.

盧艷爽[26]設(shè)計(jì)了一種基于速度調(diào)整法的局部避碰方法，通過調(diào)整水面無人艇在原有路徑上行駛的速度和方向來避開其他運(yùn)動(dòng)的物體.該速度避障法融合了海事避碰規(guī)則，同時(shí)考慮外界與內(nèi)部的不確定性，對獲取的信息進(jìn)行了不確定建模.

Benjamin等[27]利用多目標(biāo)優(yōu)化區(qū)間規(guī)劃方法解決無人艇的避碰問題.方法融入多目標(biāo)最優(yōu)化、間隔規(guī)劃、行為控制框架原理，在滿足相關(guān)的航行約束條件同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的同步.

Jacoby等[28-29]等建立障礙物預(yù)估區(qū)域，估計(jì)障礙物的將來位置，根據(jù)障礙物和水面無人艇的位置關(guān)系建立局部環(huán)境模型，并且以轉(zhuǎn)彎半徑和角速度作為限制條件進(jìn)行可航路徑搜索.

文獻(xiàn)[30]利用了基于視覺探測方法，實(shí)現(xiàn)水面無人艇海面上多障礙物探測和定位，探測范圍為30～100 m距離內(nèi)，并且通過卡爾曼濾波對障礙物下一步可能的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行估計(jì)，然后采取措施避碰.

唐平鵬等[31-32]根據(jù)水面無人艇運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和基礎(chǔ)控制特性提出一種局部危險(xiǎn)規(guī)避算法，采用分層策略將動(dòng)態(tài)窗口分解為指向窗口和線速度窗口，使用切線法和弧線法分別從指向窗口和線速度窗口中求出規(guī)避角速度和線速度，并引入角速度緩沖模型以提升無人艇在航行避碰過程中的穩(wěn)定型.以無人艇偏航角和速度為優(yōu)化目標(biāo)，以最小回轉(zhuǎn)半徑和障礙物動(dòng)態(tài)為約束條件，將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題，通過快速搜索水面無人艇的動(dòng)態(tài)窗口獲取無人艇規(guī)避策略.

杜開君等[33]針對水面無人艇對探測到的電子海圖上沒有標(biāo)示的動(dòng)態(tài)障礙物的規(guī)避問題，提出符合國際海上避碰規(guī)則公約的規(guī)避方法，將動(dòng)態(tài)障礙物某一運(yùn)動(dòng)時(shí)刻轉(zhuǎn)換為相對無人艇瞬時(shí)靜止的狀態(tài)，對避障模型進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算；并通過粒子群優(yōu)化算法解算出無人艇進(jìn)行避障所需的最優(yōu)航速和航向改變量.

吉大海等[34]針對高速水面無人艇提出了一種基于行為的動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)規(guī)避算法.首先對水面無人艇的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行分析，并獲得基本運(yùn)動(dòng)特性，采用碰撞錐理論對水面無人艇與障礙物之間的情況進(jìn)行判定，將海事規(guī)則約束和碰撞約束轉(zhuǎn)換為水面無人艇基于行為的約束，通過求解基于偏航角度和速度的優(yōu)化問題獲得水面無人艇最優(yōu)規(guī)避行為.

莊肖波等[35]提出基于蟻群算法(ACA)實(shí)現(xiàn)高速無人艇對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)避碰的方法,該方法把避碰、路徑最短和航跡跟蹤等約束條件映射為目標(biāo)函數(shù),使得路徑搜索過程快速高效.

3結(jié)論

本文針對水面無人艇的避碰問題，從全局路徑規(guī)劃和局部避碰的角度，綜述了國內(nèi)外主要的研究成果，總結(jié)如下.

1) 全局路徑規(guī)劃在研究水面無人艇全局路徑規(guī)劃的過程中，主要采取利用可視圖法、遺傳算法、模糊算法、勢場法、粒子群優(yōu)化算法、Dijkstra算法和A*算法等規(guī)劃安全可航路徑，并且在一些規(guī)劃的約束條件中，融入了《國際海上避碰規(guī)則》相關(guān)條款.同時(shí)，在原有的智能算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使得規(guī)劃時(shí)間縮短，規(guī)劃路徑更加可行.但是，目前提出的路徑規(guī)劃算法較多沒有將無人艇操縱運(yùn)動(dòng)特性以及外界風(fēng)浪流的影響作為約束條件，往往規(guī)劃出的路徑較為理想，與水面無人艇實(shí)際航行軌跡有一定的差別.

2) 局部避碰多基于航海助航儀器進(jìn)行水面無人艇航行環(huán)境信息提取，并且一些研究方法考慮了外界環(huán)境對無人艇航行過程中的操縱避讓的影響，利用速度障礙法、動(dòng)態(tài)窗口法、蟻群算法等對動(dòng)態(tài)船舶及靜態(tài)物標(biāo)進(jìn)行避讓.但是，局部避碰沒有全局路徑規(guī)劃的前提約束，往往容易造成避讓過大偏航后無法及時(shí)恢復(fù)原航線，不能沿最短最優(yōu)路徑航行至目標(biāo)點(diǎn).

目前，有許多水面無人艇全局路徑規(guī)劃和局部避碰的方法，雖然有些方法做了較完整的證明，并通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證算法的可行性.但目前仍存在許多實(shí)際應(yīng)用困難，并且方法還不夠成熟，因此很難在實(shí)際操作中得到應(yīng)用.

根據(jù)目前研究的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，在研究過程中，筆者建議對以下幾個(gè)方面開展深入探討.

1) 考慮水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)特性，結(jié)合《國際海上避碰規(guī)則》的水面無人艇全局路徑和局部避碰綜合研究.

在水面無人艇航行前規(guī)劃水域全局可航路徑，在航行過程中進(jìn)行局部避碰，并且在水面無人艇避碰過程中，考慮水面無人艇操縱運(yùn)動(dòng)特性，以《國際海上避碰規(guī)則》作為避碰行為的約束條件之一.避碰結(jié)束后，水面無人艇能夠?qū)崿F(xiàn)航跡恢復(fù)，確保水面無人艇不偏離規(guī)劃路徑繼續(xù)安全航行.

基于以上條件進(jìn)行避碰仿真，能夠更有效、更真實(shí)的反映出在外界環(huán)境影響下的水面無人艇避碰效果，更符合水面無人艇實(shí)際航行避碰情況，同時(shí)對研究水面無人艇復(fù)雜水上環(huán)境中避碰問題更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

2) 結(jié)合水域復(fù)雜度研究水面無人艇避碰研究

水域復(fù)雜度[36]是水域環(huán)境復(fù)雜程度的指標(biāo)，以本船與其他船舶相對距離、最小會遇距離(DCPA)和最小會遇時(shí)間(TCPA)等為主要參數(shù)，反應(yīng)本船與他船及周圍環(huán)境危險(xiǎn)程度.基于水域復(fù)雜度模型研究水面無人艇避碰技術(shù)，不僅能衡量多船之間的相互影響趨勢，同時(shí)能夠更好地為水面無人艇描述周圍的交通態(tài)勢，還能構(gòu)建船舶之間危險(xiǎn)區(qū)域，進(jìn)而尋找到水面無人艇的避碰路徑.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王敏捷.USV自適應(yīng)局部危險(xiǎn)規(guī)避方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2012.

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Review and Expectation on Collision Avoidance Method of Unmanned Surface Vessel

WU Bo1,2)WEN Yuanqiao1,2)WU Bei3)ZHOU Siyang4)XIAO Changshi1,2)

(SchoolofNavigation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China1)(HubeiKeyLaboratoryofInlandShippingTechnology,Wuhan430063,China)2)(WuhanMaritimeSafetyAdministration,Wuhan430000,China)3)(WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute,Wuhan430000,China)4)

Abstract：Because of small size, fast speed, good invisibility and high intelligence, the Unmanned Surface Vessel (USV) is widely used in the world. Along with the continuous improvement of its application value, the USV has increasingly become the focus of the domestic and foreign research. As one of the core technologies for the USV, collision avoidance technology is an important premise to ensure ship navigation safety and to perform normal tasks. In this paper, according to the collision avoidance problem of the USV, the main research achievements at home and abroad is expounded and some problems of USV collision avoidance methods are summarized from the view of USV global path planning and local collision avoidance. In addition, the future research directions are discussed.

Key words：unmanned surface vessel (USV); collision avoidance method; global path planning; local collision avoidance

收稿日期：2016-02-09

中圖法分類號：U675.5

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2016.03.013

吳博(1988- )：男，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)樗鏌o人艇智能仿真避碰、船舶控制

*國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51579204)