摘 要

海面无人艇用在人类不宜直接涉及的危险海域工作，特别是搭载上各种先进的设备以后，就能在不同的领域中执行特殊的任务。在海外的一些国家里，运用于完成海上各个方面作业的海面无人艇已经日渐完善。然而在我国在USV这方面的研究刚刚开始，仍然处于雏形阶段。自动避开障碍物技术是设计海事无人艇关键要素之一，在这一方面仍然有很大的研究空间。目前局部避碰及全局路径规划是海面无人艇避碰路径规划主要的两个方向。局部路径规划是根据传感器获取舰艇附近的实时信息或者根据雷达探测舰艇周围的障碍物。选择合适的算法，并分析构建模型。通过电子海图实时地获得无人艇的位置和周围障碍物，以完成在危险海域的航行。Yima海图能够供应完整的海图信息，要是可以好好使用这些信息自主获取USV到目标海域的全部可航坐标和不可航坐标，则将会为USV设计规划航路给予重要的参考。制作Yima电子海图的程序很复杂，很难通过某一个编程直接地得到想要的结果，在制作的时候，还需要多个软件相互的调用，以及多次对Yima电子海图要用到的海域环境数据的加工处理，最后通过由YIMAENCSDK二次开发的程序读取处理后的海域环境数据，最终才生成得到适合仿真的标准的电子海图。本文最后还借助Yima电子海图来完成USV的自主航行避碰仿真模拟，验证算法的正确。由于舰艇执行任务的地理环境很多都是未知的，本文所采的是人工势场法。此设计将无人艇运动转换成一种抽象的想象力场中的运动。这种算法物理定义明确，模型简单，且易于实现在现实中，因此在很多系统中被广泛地利用。

关键词：海面无人艇；局部路径规划；电子海图；人工势场法

Abstract

Sea unmanned boats used in the human should not directly involved in the dangerous sea area of the work, in particular, equipped with a variety of advanced equipment, we can perform special tasks in different areas. In overseas countries, The sea unmanned boats that has been used to complete all aspects of the sea has been perfected.However, research on China's USV has just begun and is still in its embryonic stage. The automatic avoidance of obstacle technology is one of the key elements in the design of maritime unmanned boats, and there is still much room for research in this respect. At present, the local collision avoidance and global path planning are two main directions of the unmanned sea collision avoidance planning. Local path planning is based on the sensor to obtain real-time information near the ship or radar based on radar detection of obstacles,and Select the appropriate algorithm, analyze the build model. Yima chart can supply complete chart information, if you can use this information to obtain the USV sailing to the target area of the total navigable coordinates and non-navigable coordinates,it will be provided to the USV planning route important reference .The process of making yima charts is complex and it is difficult to get the desired results directly from a certain programming, In the production of the time, also need a number of software calls each other, and the processing of marine environmental data to be used for yima charts,and finally generate the electronic chart for the standard that is suitable for simulation.At the end of this paper, we use yima chart to complete USV's self-propelled flight simulation simulation to verify that the algorithm is correct .And many of the geographical environment of the mission is unknown, this setting is used in artificial field method. This design transforms unmanned exercise into an abstract imagination field of movement. This algorithm has a clear physical definition, a simple model, and easy implementation in reality,so is therefore widely used in many systems.

Key words: USV；local path planning；electronic chart；artificial potential field method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外USV现状 2

1.2.1 国外USV现状 2

1.2.2 国内USV现状 3

1.3 USV碰撞的研究 4

1.4 论文的主要研究内容和结构 6

1.4.1论文主要研究内容 6

1.4.2论文章节安排 7

第2章 电子海图的设计 8

2.1 YIMAENC文件结构 8

2.2 YIMAENC内部结构和工作原理 9

2.3 基本函数接口 10

2.4 YIMAENC二次开发 11

2.4.1 工程的建立 11

2.4.2 自定义图层 13

第3章 路径规划 19

3.1 路径规划概述 19

3.2 路径规划环境模型构建方法 19

3.2.1 路径规划定义 19

3.2.2 环境因子提取 19

3.2.3 基于栅格法的环境模型的建立 20

3.2.4 栅格法改进 21

3.3 路径规划算法 22

3.3.1 普通势场法 22

3.3.2 势场栅格法 23

第4章 路径规划仿真 24

第5章 结论 25

致谢 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1选题背景

在我们所居住的蓝色星球表面上，其中有70％被海水覆盖。人们开始对大海投入更多的注意,原因也在于非海面的物资并不是取之不尽的,而深海里保存着大量的资源财富等着人类去挖掘^[12]。别的主要因素在于,其中星球上的49％的公共海域是共有的，并不为某一个国家所拥有。只要有其中的某个国家具有开采的资本,那它既可独自采用这些丰富的能源。所以争分夺秒地加快海域能源的开采技术的发展同样是一个意义非凡的任务。海下自动作业只能机器人可以用于传统的潜水无法抵达的深海里完成探测和分析同时满足人们的各种需求,位于深海的这一片地区对人们来说是最具有发展潜力的,因此研究海下自动智能作业机器的重要性是必可可少的。