1.1 研究目的及意义

世界各国间贸易量的持续增长与海洋资源开发的不断推进，对水上交通与海上生产活动提出了更高的要求。作业活动的日益频繁，使得传统海上作业在安全性不足、环境污染严重和人力成本高等方面的问题逐渐凸显。无人船因其高度安全性、作业高效、低成本、精确化和智能化等优势，已成为船舶发展的重要趋势。

无人船的系统架构主要由观测、决策和控制三个模块组成，其中控制模块涉及循迹航行控制，而决策模块则主要是路径规划。路径规划是指基于岛礁、其他船舶等障碍物信息，规划自身的速度和航向以产生到达目标的最优安全航行路径。据统计，89%-96%的船舶碰撞事故可归因于人为因素，无人船的应用则可有效避免人为因素的影响^[1]。作为无人船研究的核心问题，路径规划的效果一定程度上代表了无人船智能程度的高低。因此，关于无人船路径规划技术的研究，已经成为船舶操纵及航运安全领域的热点研究课题。

我国于2015年5月发布的《中国制造2025》将海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进，并指出船舶领域下一步发展的重点是实现产品绿色化智能化、结构高端化，为我国船舶发展指明了方向。在此背景下，无人船的发展理应乘势而上，对于路径规划、自主避障、自主环境探测、目标识别等技术的研究也应更加深入。

本研究的目标在于利用神经网络相关原理实现无人船的路径规划以及可视化仿真，最终达到自动循迹的目的。

1.2国内外研究现状

1.2.1无人船国内外研究现状

在无人船的的研发与应用领域，美国和以色列一直处于世界前列。2002年，美国海军水下作战中心与Raytheon等公司开始合作开发具有模块化、可重构、高速、多任务、半自主航行的“Spartan Scout”号无人艇。2007年，美国海军制定的《海军无人艇总体计划》，规划了未来无人船艇发展的目标及任务。2011年，美国海军研制的模块化三体无人快速侦察艇，可通过GPS和无线电来控制，行动灵敏精确。以色列Elbit公司研制的“Stingary”号无人艇，具有高级自主决策和自适应能力，能够针对环境和任务的变化自动调整控制，实现智能巡航。另外，“Protector”号也已在本国海军和新加坡海军中服役^[2]。

除了美国与以色列，其他国家与机构也在积极发展无人艇装备。在2005 年，德国Veer公司研发了多任务的“MMSVⅢ”号无人船；2005年，意大利研发机构研制出双体“Charlie” 号无人艇，它可以收集大气海洋界面数据^[3]；2012年，Fraunhofer CML公司等8家研究机构合作开展针对无人散货轮的大型无人船研究。

相比于国外，国内无人船研究则起步较晚，但受到国家高度重视，发展迅速。2008年中国气象局与沈阳航天新光集团共同研制出“天象一号”。2014年，珠海云洲智能科技公司研制的“领航者”系列海洋高性能无人船平台，填补了国内这一领域的空白。上海海事大学研发的“海腾01”，目标是具有全天候、高海况下自主航行，操控模式、大载荷特点的高速无人艇^[4]。上海大学研制的“精海”系列第三代无人艇，可以实现远距离定位、操控。目前，该系列无人艇已经在科学考察、海事巡逻、海洋测量等方面投入使用^[5]。