留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于三次B样条曲线与动态窗口算法的桁杆轨迹规划

戴阳 姚宇青 郑汉丰 韦波 杨昱皞 王永进 张禹

戴阳, 姚宇青, 郑汉丰, 韦波, 杨昱皞, 王永进, 张禹. 基于三次B样条曲线与动态窗口算法的桁杆轨迹规划[J]. 南方水产科学, 2023, 19(2): 116-123. doi: 10.12131/20220048
引用本文: 戴阳, 姚宇青, 郑汉丰, 韦波, 杨昱皞, 王永进, 张禹. 基于三次B样条曲线与动态窗口算法的桁杆轨迹规划[J]. 南方水产科学, 2023, 19(2): 116-123. doi: 10.12131/20220048
DAI Yang, YAO Yuqing, ZHENG Hanfeng, WEI Bo, YANG Yuhao, WANG Yongjin, ZHANG Yu. Truss rod trajectory planning based on cubic B-spline curve and Dynamic Window Algorithm[J]. South China Fisheries Science, 2023, 19(2): 116-123. doi: 10.12131/20220048
Citation: DAI Yang, YAO Yuqing, ZHENG Hanfeng, WEI Bo, YANG Yuhao, WANG Yongjin, ZHANG Yu. Truss rod trajectory planning based on cubic B-spline curve and Dynamic Window Algorithm[J]. South China Fisheries Science, 2023, 19(2): 116-123. doi: 10.12131/20220048

基于三次B样条曲线与动态窗口算法的桁杆轨迹规划

doi: 10.12131/20220048
基金项目: 国家重点研发计划项目 (2020YFD0901204);上海市科学技术委员会科研计划项目 (18391900800)
详细信息
    通讯作者:

    戴 阳 (1969—),男,副研究员,博士,研究方向为渔业信息与遥感技术。E-mail: 13162787852@163.com

  • 中图分类号: S 973.9

Truss rod trajectory planning based on cubic B-spline curve and Dynamic Window Algorithm

  • 摘要: 针对当前中国南极磷虾 (Euphausia superba) 捕捞自动化水平较低、人工观察探渔仪图像确定捕捞深度易产生误差等问题,提出一种基于南极磷虾声呐设备元数据的动力桁杆轨迹规划方法。首先解析水声学仪器EK80科学回声探测仪传回的数据,得到磷虾在不同深度下的目标强度,用统计学方法确定磷虾在该深度下的资源量,以此得到每个水平距离 (X) 对应的磷虾最密集的深度 (Y),再利用三次B样条曲线和动态窗口算法分别进行全局和局部路径规划,规划路线通过这些磷虾最密集的深度。结果显示,规划路径全长1 054 m,总用时614 s,动态窗口算法跟踪的最大偏离距离仅为3.3 m,小于预计的最大偏移距离 (5 m)。所提出的方法具有以下优点:1) 有效避免人工判断资源量深度产生误差而对捕捞量造成影响,提高捕捞效率;2) 实现自动规划捕捞效益最佳的桁杆前进路线。
  • 图  1  桁杆结构图

    Figure  1.  Structure of truss rod

    图  2  磷虾目标深度

    Figure  2.  Target depth of krills

    图  3  深度值筛选与插值算法

    Figure  3.  Depth value filtering and interpolation algorithm

    图  4  磷虾目标深度与规划路径对比

    Figure  4.  Comparison between target depth and planned path of krills

    图  5  修改动态窗口为可跟踪连续节点

    Figure  5.  Change of dynamic window to trackable continuous nodes

    图  6  算法整体执行流程

    Figure  6.  Overall algorithm execution flow

    图  7  桁杆实验

    Figure  7.  Truss test

    图  8  动态窗口算法对规划路径的跟踪情况

    Figure  8.  Dynamic window algorithm tracking planned path

    图  9  偏离最优航线距离

    Figure  9.  Distance from optimal route

    表  1  仿真参数的设置

    Table  1.   Simulation parameter settings

    参数
    Parameter
    数值
    Value
    参数
    Parameter
    数值
    Value
    最大速度 Maximum speed 1.5 m·s−1 最大角速度 Maximum angular velocity 0.7 rad·s−1
    最小速度 Minimum speed 0 m·s−1 最小角速度 Minimum angular velocity 0 rad·s−1
    速度加速度 Velocity acceleration 0.3 m·s−2 速度分辨率 Velocity resolution 0.1 m·s−1
    角速度加速度 Angular velocity acceleration 0.2 rad·s−2 角速度分辨率 Angular velocity resolution 0.1 rad·s−1
    间隔时间 Interval time 0.1 s 向前模拟轨迹的时间 Time of forward simulation track 3 s
    评价函数权重α Evaluation function weight α 0.4 评价函数权重γ Evaluation function weight γ 0.1
    评价函数权重β Evaluation function weight β 0.4 评价函数权重δ Evaluation function weight δ 0.1
    下载: 导出CSV
  • [1] 王荣, 孙松. 南极磷虾渔业现状与展望[J]. 海洋科学, 1995(4): 28-32.
    [2] 王万勇, 刘怡锦, 谢宁. 南极磷虾捕捞加工船及装备发展现状和趋势[J]. 船舶工程, 2020, 42(7): 33-39.
    [3] 徐国栋, 陈雪忠, 黄洪亮, 等. 南极磷虾捕捞技术探讨[J]. 湖南农业科学, 2011(19): 122-124. doi: 10.3969/j.issn.1006-060X.2011.19.038
    [4] 苏志鹏, 许柳雄, 朱国平, 等. 拖速和曳纲长度对南极磷虾中层拖网网位的影响[J]. 中国水产科学, 2017, 24(4): 884-892.
    [5] 刘健, 黄洪亮, 李灵智, 等. 南极磷虾连续捕捞技术发展状况[J]. 渔业现代化, 2013, 40(4): 51-54. doi: 10.3969/j.issn.1007-9580.2013.04.010
    [6] 谌志新, 王志勇, 欧阳杰. 我国南极磷虾捕捞与加工装备科技发展研究[J]. 中国工程科学, 2019, 21(6): 48-52.
    [7] 王新良, 赵宪勇, 左涛, 等. 黄海太平洋磷虾回波映像识别与资源密度评估[J]. 水产学报, 2016, 40(7): 1080-1088.
    [8] 张吉昌, 赵宪勇, 王新良, 等. 商用探鱼仪南极磷虾声学图像的数值化处理[J]. 渔业科学进展, 2012, 33(4): 64-71. doi: 10.3969/j.issn.1000-7075.2012.04.009
    [9] 王鲁民, 王永进, 齐广瑞, 等. 南极磷虾桁杆拖网升潜自供能调节装备: 212488059U[P]. 2021-02-09.
    [10] 吕文杰, 马戎, 李岁劳, 等. 基于纯追踪模型的路径跟踪改进算法[J]. 测控技术, 2011, 30(7): 93-96,100. doi: 10.3969/j.issn.1000-8829.2011.07.024
    [11] 李革, 王宇, 郭刘粉, 等. 插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法[J]. 农业机械学报, 2018, 49(5): 21-26. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.05.002
    [12] 张智刚, 罗淆文, 赵祚喜, 等. 基于Kalman滤波和纯追踪模型的农业机械导航控制[J]. 农业机械学报, 2009, 40(S1): 6-12.
    [13] 敖邦乾, 杨莎, 叶振环. 改进蚁群算法水面无人艇平滑路径规划[J]. 控制理论与应用, 2021, 38(7): 1006-1014. doi: 10.7641/CTA.2021.00735
    [14] 王洪斌, 尹鹏衡, 郑维, 等. 基于改进的A*算法与动态窗口法的移动机器人路径规划[J]. 机器人, 2020, 42(3): 346-353.
    [15] 槐创锋, 郭龙, 贾雪艳, 等. 改进A*算法与动态窗口法的机器人动态路径规划[J]. 计算机工程与应用, 2021, 57(8): 5. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2008-0063
    [16] 田晃. 基于改进A*算法与改进DWA算法的无人驾驶汽车路径规划研究[D]. 海口: 海南大学, 2021: 5-12.
    [17] 曾德全, 余卓平, 张培志, 等. 三次B样条曲线的无人车避障轨迹规划[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2019, 47(S1): 159-163.
    [18] 张瑜, 宋荆洲, 张琪祁. 基于改进动态窗口法的户外清扫机器人局部路径规划[J]. 机器人, 2020, 42(5): 617-625.
    [19] PALERMINO A, FELICE A D, CANDUCI G, et al. First target strength measurement of Trachurus mediterraneus and Scomber colias in the Mediterranean Sea[J]. Fish Res, 2021, 240: 105973. doi: 10.1016/j.fishres.2021.105973
    [20] BASSETT C, LAVERY A C, STANTON T K. Broadband measurements of the acoustic target strength of mesopelagic fishes[J]. J Acoust Soc Am, 2019, 146(4): 2772.
    [21] GORDON W J, RIESENFELD R F. B-spline curves and surfaces[J]. Comput Aided Geom Des, 1974, 23(91): 95-126.
    [22] FOX D, BURGARD W, THRUN S. The dynamic window approach to collision avoidance[J]. IEEE Robot Autom Mag, 2002, 4(1): 23-33.
    [23] 王畅. 基于水下滑翔机的路径规划研究和可视化平台设计[D]. 天津: 天津大学, 2020: 20-25.
    [24] 杨周, 刘海滨. 基于改进蚁群与动态窗口法的AGV动态路径规划[J]. 计算机工程与应用, 2022, 58(6): 287-295. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2108-0501
    [25] 李莹春. 环境因子对南极半岛北部南极磷虾渔场时空分布影响研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2012: 5-7.
    [26] ICHI T. Distribution of Antarctic krill concentrations exploited by Japanese krill trawlers and minke whales (Eleventh Symposium on Polar Biology)[C]. Proceedings of the NIPR Symposium on Polar Biology, 1990: 36-56.
    [27] 吕恩利, 林伟加, 刘妍华, 等. 基于B样条曲线的智能叉车托盘拾取路径规划研究[J]. 农业机械学报, 2019, 50(5): 394-402. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.05.045
    [28] 朱振强. 飞行器航路规划与评价研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2014: 30-37.
    [29] 李红, 王文军, 李克强. 基于B样条理论的平行泊车路径规划[J]. 中国公路学报, 2016, 29(9): 143-151. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2016.09.019
    [30] 冯峰. 基于三次B样条曲线的一些算法研究[D]. 武汉: 武汉大学, 2021: 23-27.
    [31] 肖轶军, 丁明跃, 彭嘉雄. 基于迭代最近点的B样条曲线拟合方法研究[J]. 中国图象图形学报, 2000(7): 49-52. doi: 10.11834/jig.20000709
    [32] 胡中华, 许昕, 陈中. 无人机三维航迹非均匀三次B样条平滑算法[J]. 控制工程, 2020, 27(7): 1259-1266.
  • 加载中
图(9) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  471
  • HTML全文浏览量:  120
  • PDF下载量:  17
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-28
  • 修回日期:  2022-06-30
  • 录用日期:  2022-09-08
  • 网络出版日期:  2022-09-13
  • 刊出日期:  2023-04-05

目录

    /

    返回文章
    返回