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基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法

欧阳子路 王鸿东 王检耀 易宏

欧阳子路, 王鸿东, 王检耀, 易宏. 基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(6): 8-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01450
引用本文: 欧阳子路, 王鸿东, 王检耀, 易宏. 基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(6): 8-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01450
Ouyang Zilu, Wang Hongdong, Wang Jianyao, Yi Hong. Automatic collision avoidance algorithm for unmanned surface vessel based on improved Bi-RRT algorithm[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(6): 8-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01450
Citation: Ouyang Zilu, Wang Hongdong, Wang Jianyao, Yi Hong. Automatic collision avoidance algorithm for unmanned surface vessel based on improved Bi-RRT algorithm[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(6): 8-14. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01450

基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01450
基金项目: 

海洋工程国家重点实验室基金资助项目 GKZD010074

上海市青年科技英才扬帆计划资助项目 18YF1411500

详细信息
    作者简介:

    欧阳子路, 男, 1996年生, 硕士生。研究方向:无人艇智能航行技术。E-mail:ouyang_sjtu@sjtu.edu.cn

    王鸿东, 男, 1989年生, 博士, 副研究员。研究方向:舰船系统工程, 海洋智能装备与系统开发。E-mail:whd302@sjtu.edu.cn

    通信作者:

    王鸿东

  • 中图分类号: U664.82

Automatic collision avoidance algorithm for unmanned surface vessel based on improved Bi-RRT algorithm

知识共享许可协议
基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法欧阳子路,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  提出一种实现无人水面艇(USV)在高速航行时自动规避障碍物的方法。  方法  将双向搜索树(Bi-RRT)算法与速度障碍法相结合,得到基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法。针对Bi-RRT算法扩展操作中父节点延伸方向位于锥形碰撞区内的情况,提出避碰危险度系数与障碍物排斥向量,使父节点延伸方向有远离障碍物中心的趋势。同时,针对算法实时性问题,提出两棵搜索树并行延伸扩展的方式,以及当父节点延伸方向位于锥形碰撞区外时触发的目标吸引向量,以加速算法收敛。  结果  结果显示,采用上述改进方法设计的算法搜索树延伸失败次数降低,规划的避碰路径短且更加平滑。  结论  该改进Bi-RRT算法实时性强、路径规划质量高,对实际工程应用有重要意义。
  • 图  1  USV避碰情形

    Figure  1.  The situation of USV collision avoidance

    图  2  Bi-RRT算法的程序流程图

    Figure  2.  The execution procedure of Bi-RRT algorithm

    图  3  Bi-RRT算法的构建过程

    Figure  3.  The build process of Bi-RRT algorithm

    图  4  双曲正切函数图像

    Figure  4.  Graph of hyperbolic tangent function

    图  5  Rω作用示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of the action between R and ω

    图  6  A作用示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of the action of A

    图  7  改进Bi-RRT自动避碰算法搜索树Ta扩展流程

    Figure  7.  The extension procedure of search tree Ta in improved Bi-RRT algorithm

    图  8  Bi-RRT算法改进前、后避碰路径点规划对比

    Figure  8.  The comparison of path point planning for automatic collision between basic and improved Bi-RRT algorithm

    图  9  Bi-RRT算法改进前、后碰撞次数对比

    Figure  9.  The comparison of collision times between basic and improved Bi-RRT algorithm

    表  1  改进前后算法多次运行结果比较

    Table  1.   The comparison of running result between basic and improved Bi-RRT algorithm

    序号 Bi-RRT算法 改进Bi-RRT算法
    路径点数目 Ta父节点延伸失败次数 Tb父节点延失败次数 算法耗时/ms 路径点数目 Ta父节点延伸失败次数 Tb父节点延失败次数 算法耗时/ms
    1 7 2 4 24 6 0 0 19
    2 9 3 5 31 7 0 0 19
    3 8 3 4 25 6 0 1 19
    4 10 1 4 27 6 0 0 19
    5 7 6 11 39 7 1 1 19
    6 8 6 8 33 6 2 0 19
    7 8 5 7 29 6 0 1 18
    8 9 7 4 28 6 1 1 20
    9 10 2 5 26 6 0 1 18
    10 7 3 9 30 7 0 2 16
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-26
  • 网络出版日期:  2019-12-09
  • 刊出日期:  2019-12-01

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