基于POA和COLREGS的無人艇路徑重規(guī)劃方法

摘要：避碰能力是無人艇(USVs)自主技術(shù)的核心體現(xiàn)。為了提高無人艇高速避碰過程的穩(wěn)定性和安全性,在全局路徑規(guī)劃層和實時避碰層之間增加路徑重規(guī)劃層,實時調(diào)整航路對遠(yuǎn)距離障礙物進(jìn)行提前規(guī)避。針對障礙信息不確定條件下的無人艇高速避碰問題,提出了基于障礙投影區(qū)(POA)和國際海上避碰規(guī)則(COLREGS)的路徑重規(guī)劃方法,解決障礙信息不確定性問題的同時兼顧航行規(guī)則約束。在POA區(qū)域2側(cè)同時搜索安全可達(dá)路徑,結(jié)合前次路徑重規(guī)劃結(jié)果,提出定量評價函數(shù)選擇最優(yōu)路徑,保證無人艇航行穩(wěn)定性。在仿真平臺下,對比避碰策略變化次數(shù)和避碰安全距離2項指標(biāo),3層避碰框架(2.632次,162.3m)明顯優(yōu)于2層避碰框架(7.239次,35.8m)。在實艇高速避碰實驗中,設(shè)計對遇、交叉、超越等典型會遇場景,每種場景下避碰策略變化次數(shù)均控制在5次以內(nèi),避碰安全距離保證在100m以上。實驗結(jié)果表明,基于POA和COLREGS的路徑重規(guī)劃方法能夠兼顧安全性和穩(wěn)定性。