摘 要

近些年，无人船舶领域发展迅速，各国争相对无人船舶进行研究，这更加促进了该领域的进一步发展。而将其与清污船相结合，从而设计出海上无人清污船这一智能化清污装备不但有利于我国对无人船舶领域的研究，更能促进我国海洋环境的净化。

本论文通过对无人清污船智能巡航系统的设计，结合GPS技术、Dijkstra算法、蚁群算法等，解决如何使无人清污船海上清污作业路径进行智能规划，使其达到最大的清污效率，更高效的进行作业。其原理是无人船舶首先对接收到的GPS信号进行分析，构建模拟海洋环境，然后通过Dijkstra算法对所分析的各个污染点进行初步路径规划，得出最短路径；再通过蚁群算法对在路径规划中所遇到的障碍物进行躲避。

经过MATLAB对所涉及的程序进行仿真，我们通过上述几个步骤，成功得出了无人清污船的最优路径，且规划路径所用时间在合理范围之内，基本实现了对无人清污船海上智能巡航系统的设计。

关键词：GPS技术 路径规划 Dijkstra算法 蚁群算法

Abstract

In recent years, with the development of unmanned ships, countries have been pursuing research on unmanned ships,which promoted its development.It is not only beneficial to our country to study the unmanned ship field, but also to promote the purification of our marine environment.

In this paper, through the design of unmanned clean-up ship intelligent cruise system, combined with GPS technology, Dijkstra algorithm, ant colony algorithm.It solves how to make unmanned clean-up work path for intelligent planning, so that it can reach the maximum efficiency and more efficient operation.

After the program MATLAB be involved in the simulation, we successfully achieve the best path to maximize the efficiency of the unmanned boat decontamination through the above steps, , route planning and time spent in a reasonable range.It has achieved the design of the intelligent cruise system for unmanned cleaners.

Keywords：GPS Trajectory Planning Dijkstra Algorithm Ant Algorithm

目录

摘要 I

Abstract II

目录 3

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外发展现状 2

1.2.1 国外无人船舶发展现状 2

1.2.2 国内无人船舶发展现状 2

第2章 路径规划概述及算法 4

2.1 路径规划概述 4

2.1.1 路径规划的定义 4

2.1.2 路径规划的实现 5

2.2 路径规划算法的选择 5

2.2.1 传统算法 5

2.2.2 图形学算法 6

2.2.3 智能仿生学算法 7

2.2.4 其他算法 7

2.3 本章小结 8

第3章 智能巡航系统的技术支持 9

3.1 智能巡航系统的原理 9

3.2 GPS技术介绍 9

3.2.1 GPS定位方式 10

3.2.2 GPS定位的基本原理 10

3.2.3 GPS定位误差分析 10

3.2.4 提高GPS定位精度的方法 11

3.3 传感器的分类与应用 12

3.3.1 吃水深度传感器 12

3.3.2 捷联惯导系统（SINS） 12

3.4 本章小结 13

第4章 路径规划程序 14

4.1 路径规划程序总设计原理 14

4.2 Dijkstra算法 14

4.2.1 Dijkstra算法的具体实现 16

4.2.2 Dijkstra算法的程序表达 18

4.3 通过蚁群算法实现避障 18

4.3.1 蚁群算法 18

4.3.2 蚁群算法的避障原理 19

4.4 MATLAB仿真及分析 20

第5章 结论 23

致谢 24

参考文献 25

附录1 27

附录2 31

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

随着智能时代的到来，自动驾驶汽车和无人机等先进技术逐渐进入人们的视野当中。然而由于水运相对于陆运、空运来说，水路运输有着更加复杂的航行环境，因此无人船发展较缓慢，目前仍在起步阶段。但是无人船作为一种新型的载运工具，有着它不可替代的优点。相对于昂贵的人工成本，无人船大大的节约了人力成本，并且更加适用于危险的场合以及无法开展人工的场合。

智能化、自动化一直是船舶发展的趋势。二十一世纪以来，随着物联网、大数据、云计算以及人工智能等新理念、新技术的突飞猛进，船舶自动化水平不断提高，无人船舶的实现有了科技支持，其环球航行的期望也有了实现的可能性。

世界海洋总面积3.6亿平方公里，占地球总面积的七成以上。海洋在人类社会发展史上占有非常重要的位置，海洋资源十分丰富，为海运交通物资和人员提供了便利快捷的途径。同时，海洋环境是生存发展的物质基础是人。为了维护海洋的健康，保护海洋环境，确保海洋资源和海上安全的可持续利用，联合国于1973年12月到第二年的三、四月份举行了“联合国海洋法会议”，此合约关乎海洋和平与安全，自然资源和海上航行，海上运输，海洋科学研究，海洋环境的分配具有重要意义。中国1996年6月7日联合国批准书“联合国海洋法公约”文件，同年7月7日“公约”在中国生效，而中国也成为“联合国海洋法公约”的重要签署国之一。

我国濒临的海洋面积非常辽阔，共有473万km²。我国的大陆海岸线长达18000km，最北到起始于鸭绿江口，最南端到达北仑河口。中国长期以来一直关注海洋环境的保护，1973年8月举行了第一次全国环境保护会议，其中包括防止海洋环境污染，包括海洋环境保护在内的环境问题。发展到现在，已基本形成较系统的海洋环保的法律法规体系。监管力度也在一直加强，船舶流动污染源的治理和海洋环保的科研取得可喜的成效。

海上清污船，作为一种有效的海面清污装置，在海洋环境保护及海洋污染治理方面有着不可替代的作用。它不但可以清除海洋固体垃圾，还能对海洋油污染进行有效处理。然而由于清污船是人为操控，对于污染源的判断及路线规划具有延时性，很容易错过清污的最佳时间段。若设计出一种由计算机自动控制的无人清污船，则不但可以节省人力资源，同时也能提高清污效率，更好的维护海洋环境。