АЛГОРИТМ ОБХОДА СТАТИЧЕСКИХ ПРЕПЯТСТВИЙ ДЛЯ БЕЗЭКИПАЖНОГО СУДНА

В работе предложен алгоритм формирования маршрута движения безэкипажного судна по заданной траектории и обходу статических препятствий. Алгоритм реализован путем комбинирования функции движения по траектории и функции, формирующей циркуляцию вокруг заданной точки (препятствия). Маршрут движения задается набором путевых точек с координатами соединенных отрезками прямых, препятствие - в виде координаты центра и радиуса препятствия. Для движения по траектории используется алгоритм, основанный на использовании суммы вектора градиента вспомогательной функции и вектора, задающего направление на заданном участке маршрута, что позволяет обеспечить движение судна вдоль заданного маршрута. Циркуляции вокруг препятствия формируются на основе специального класса векторных полей, предложенных в работах D. Panagou, H. G. Tanner, K. J. Kyriakopoulos. При ориентировании циркуляции в направлении движения по траектории в точке препятствия и ограничении ее заданной зоной маневрирования формируется навигационное векторное поле - набор векторов, показывающих требуемое направление движения в конкретной точке. Для уменьшения вероятности навала безэкипажного судна на препятствие и обеспечения безопасного маневрирования введено дополнительное «отталкивающее» векторное поле, формирующее «запрещенную» зону в навигационном векторном поле. Исследуемые алгоритмы реализованы в среде моделирования Matlab/Simulink. Приведены результаты численных экспериментов для различных сочетаний параметров алгоритма. Результаты представлены графически в виде отображения навигационных векторных полей, показывающих направление движения безэкипажного судна и отображения препятствий, запрещенных зон и зон маневрирования. Планируется дальнейшее совершенствование алгоритма для решения задач обхода динамических и групповых препятствий.

безэкипажное судно, путевая точка, алгоритм, векторное поле, навигационное векторное поле, циркуляция, траектория, маршрут, статическое препятствие, зона маневрирования

1. Koikas G. New Technology trends in the design of Autonomous Ships / G. Koikas, M. Papoutsidakis, N. Nikitakos // International Journal of Computer Application. - 2019. - Vol. 178. - No. 25. - Pp. 4-7. DOI: 10.5120/ijca2019919043.

2. Komianos A. The autonomous shipping era. operational, regulatory, and quality challenges / A. Komianos // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2018. - Vol. 12. - No. 2. - Pp. 335-348. DOI: 10.12716/1001.12.02.15.

3. Kretschmann L. Analyzing the economic benefit of unmanned autonomous ships: An exploratory cost-comparison between an autonomous and a conventional bulk carrier / L. Kretschmann, H. C. Burmeister, C. Jahn // Research in transportation business & management. - 2017. - Vol. 25. - Pp. 76-86. DOI: 10.1016/j.rtbm.2017.06.002.

4. Wróbel K. Towards the assessment of potential impact of unmanned vessels on maritime transportation safety / K. Wróbel, J. Montewka, P. Kujala // Reliability Engineering & System Safety. - 2017. - Vol. 165. - Pp. 155-169. DOI: 10.1016/j.ress.2017.03.029.

5. Дмитриев В. И. Методы обеспечения безопасности мореплавания при внедрении беспилотных технологий / В. И. Дмитриев, В. В. Каретников // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 6. - С. 1149-1158. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-6-1149-1158.

6. Смоленцев С. В. Простая аналитическая модель движения судна / С. В. Смоленцев, Д. В. Исаков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 7-21. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-1-7-21.

7. Каретников В. В. Основные принципы построения алгоритмов управления беспилотным судном в акватории порта / В. В. Каретников, С. В. Рудых, А. А. Буцанец // Речной транспорт (XXI век). - 2019. - № 2 (90). - С. 55-57.

8. Пшихопов В. Х. Гибридная система управления движением безэкипажного судна в заданную точку / В. Х. Пшихопов, М. Ю. Медведев, В. В. Соловьев // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2019. - № 1 (203). - С. 163-176. DOI: 10.23683/2311-3103-2019-1-163-176.

9. Дыда А. А. Подход к управлению судном по траектории на основе градиента вспомогательной функции / А. А. Дыда, К. Н. Чумакова, И. И. Пушкарев // Научные проблемы водного транспорта. - 2020. - № 65. - С. 27-36. DOI: 10.37890/jwt.vi65.125.

10. Panagou D. Control of nonholonomic systems using reference vector fields / D. Panagou, H. G. Tanner, K. J. Kyriakopoulos // 2011 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference. - IEEE, 2011. - Pp. 2831-2836. DOI: 10.1109/CDC.2011.6160922.

11. Panagou D. Motion planning and collision avoidance using navigation vector fields / D. Panagou // 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). - IEEE, 2014. - Pp. 2513-2518. DOI: 10.1109/ICRA.2014.6907210.

12. Сирота А. А. Методы и алгоритмы анализа данных и их моделирование в Matlab: учеб. пособие / А. А. Сирота. - СПб.: БХВ - Петербург, 2016. - 384 с.

13. Yi G. Research on Underactuated USV Path Following Algorithm / G. Yi, Z. Liu, J. Q. Zhang, J. Dong // 2020 IEEE 4th Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC). - IEEE, 2020. - Vol. 1. - Pp. 2141-2145. DOI: 10.1109/ITNEC48623.2020.9085222.