基于人工势场方法的无人船避障和仿真开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着海洋资源开发和海上运输活动的日益繁忙，无人船作为一种智能化、自动化的海上运载工具，在海洋环境监测、资源勘探、海上救援等领域展现出巨大的应用潜力。

无人船的自主导航和避障能力是其安全航行和完成任务的关键技术之一，而高效、可靠的避障算法则是实现无人船自主避障的核心。

2. 本选题国内外研究状况综述

无人船避障技术是无人船领域研究的热点和难点，国内外学者对此进行了大量的研究，并取得了丰富的研究成果。

1. 国内研究现状

国内学者在无人船避障领域展开了积极探索，并在以下方面取得了一定的进展：1.人工势场方法在无人船避障中的应用：部分学者将人工势场方法应用于无人船避障，提出了改进的人工势场算法，例如结合模糊逻辑、遗传算法等方法对传统人工势场法进行改进，以提高算法的避障性能。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题主要研究基于人工势场方法的无人船避障，分析传统人工势场方法在无人船避障应用中的不足，并提出改进策略，最后通过仿真验证算法的有效性。

1. 主要内容

1.深入研究人工势场法的基本原理，包括引力势场、斥力势场的设计以及合力势场的计算等，分析其在无人船避障应用中的优势和不足。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、算法设计、仿真实验和结果分析相结合的研究方法，具体步骤如下：1.文献调研阶段：查阅国内外关于无人船避障、人工势场方法等相关领域的文献资料，了解无人船避障技术的发展现状、人工势场方法的基本原理以及改进方法，为本研究提供理论基础。

2.算法设计与分析阶段：-研究传统人工势场方法在无人船避障应用中的局限性，分析其产生原因，并针对这些问题提出改进策略，设计改进的人工势场避障算法；-结合无人船运动学和动力学特性，建立精确的无人船运动数学模型，并将其融入人工势场方法中，以提高避障路径规划的精度和可行性；-对改进后的算法进行理论分析，例如分析算法的计算复杂度、收敛性、稳定性等，并与其他避障算法进行比较分析，阐述改进算法的优势。

3.仿真实验阶段：-构建逼真的海上仿真环境，包括海洋环境模型、障碍物模型、无人船模型等，为算法验证提供仿真平台；-设计不同类型的障碍物场景，例如静态障碍物、动态障碍物等，模拟真实的海洋环境；-在仿真环境中，对改进后的人工势场避障算法进行仿真实验，测试算法在不同场景下的避障性能，收集仿真数据。

5. 研究的创新点

本研究的创新点主要体现在以下几个方面：1.针对传统人工势场法在无人船避障应用中的局限性，例如局部极小值、目标不可达等问题，提出改进策略，例如：-提出一种新的斥力函数设计方法，能够根据障碍物与无人船之间的距离和相对速度动态调整斥力势场的强度，有效解决传统斥力函数存在的缺陷，提高避障的灵活性；-结合虚拟力场和改进的斥力函数，设计一种新的组合势场，引导无人船逃离局部极小值区域，并确保无人船能够到达目标点；-提出一种基于预测机制的避障策略，通过预测障碍物的运动趋势，提前调整无人船的航行路径，有效避免与动态障碍物发生碰撞。

2.将无人船运动学和动力学特性融入人工势场方法中，建立更精确的无人船运动数学模型，并将其用于计算无人船在势场中的运动轨迹，以提高避障路径规划的精度和可行性。

3.构建逼真的海上仿真环境，模拟真实的海洋环境，例如风、浪、流等环境因素，以及不同类型的船舶交通流，并在该环境下对改进后的人工势场避障算法进行仿真实验，验证算法的有效性和鲁棒性。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1]熊浩.无人船动态避障策略研究[d].武汉理工大学,2019.

[2]李硕.基于改进人工势场法的无人船避障研究[d].哈尔滨工程大学,2021.

[3]周佳庆,陈超,张力,等.基于改进人工势场法的无人船避障路径规划[j].中国航海,2023,46(01):116-122.