基于群体智能的多自主水下航行器三维路径规划可靠优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61772142
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0201.计算机科学的基础理论
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Autonomous Underwater Vehicles (AUV) have important application values in military investigation, environmental monitoring and resource exploration, etc. The three-dimensional (3D) path planning of AUV has the effects of stealth and danger avoidance, and it is a complex optimization problem. Because there are many barriers and high dynamics in the underwater environment, and the new challenges of multi-AUV and multiple monitoring targets in the optimization of path planning, this project proposes the research on reliable optimization of 3D path planning for multi-AUV based on swarm intelligence techniques: 1) To establish a unified 3D path evaluation mechanism to reflect the complex underwater characteristics, and to meet the need of multi-AUV collaboration in practical applications. 2) To study the single AUV path planning optimization by the swarm intelligence method, and to propose an adaptive grid encoding strategy for the feasible path construction and constraint optimization in the multi-barrier environment. 3) To study the swarm intelligence method in solving the multiple monitoring targets and multi-AUV cooperative path planning problem, so as to break the bottle neck of multi-AUV path co-optimization by the cooperative coevolution strategies. 4) To study the reliable path planning method in the dynamic environment. By using the Monte Carlo simplified method with the hypothetical test and the two-objective swarm intelligence optimization algorithm, the effectiveness and reliability of the algorithm in the underwater dynamic environment will be further improved. This project is not only a frontier exploration for the swarm intelligence algorithms in multi-constrained, cooperative and dynamic environments, but also an innovative application of swarm intelligence algorithms in AUV path planning.
自主水下航行器(AUV)在军事侦查、环境监测和资源勘探等方面有重要价值。AUV三维路径规划起到隐身避险等作用,是复杂的优化问题。针对水下环境障碍多、动态性强等特点,面向多AUV协同工作、同时监测多个目标对路径规划提出新挑战,本项目开展基于群体智能的多AUV三维路径规划可靠优化研究:1)建立三维路径评价机制,反映水下复杂环境特性和多AUV协同的实际应用需求;2)研究单AUV路径优化的群体智能方法,提出自适应网格编码策略解决多障碍环境中构建可行路径和约束优化的难题;3)研究多监测目标、多AUV协同的路径优化群体智能方法,通过协同进化策略突破多AUV路径协同优化的瓶颈;4)研究动态环境下可靠路径规划方法,利用假设检验简化蒙特卡罗方法和两目标群体智能优化进一步提高算法在水下动态环境中的有效性和可靠性。本项目既是多约束、协同和动态环境下群体智能算法的前沿探索,也是算法在AUV路径规划领域的创新应用。

结项摘要

围绕自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)的三维路径规划难题,提出了基于群体智能的可靠路径规划方法,突破路径规划优化算法在多约束、多AUV协同和动态环境下的适用性瓶颈。在路径规划的性能评价方面,提出了AUV的三维路径规划统一评价机制,既反映水下环境中障碍稠密、AUV移动方式受限等复杂特性,又体现多AUV协同监测多个水下目标的实际需求;针对单个AUV的三维路径规划问题,提出了基于群体智能的路径优化方法,通过对环境自适应网格化,设计有效的路径编码策略,规避障碍物,实现算法的高效路径构建和约束处理;针对多个AUV协同监测多个目标的路径规划难题,提出了基于协同进化框架的群体智能路径优化方法,实现多AUV的高效协同;针对水下动态环境中的路径可靠性问题,综合考虑路径的最优化与动态可靠性这两个目标,提出了基于多峰优化多目标群体智能算法的路径优化方法,实现对多AUV路径的可靠、高效优化。在算法应用上,仿真测试了提出的算法在新西兰三维海底地形下的多AUV协同路径优化。在项目执行过程中,课题组围绕研究目标和内容开展了工作,共发表标注了本项目基金号的学术论文18篇,其中IEEE Transactions系列等国际核心期刊论文4篇,国际会议论文10篇,国内核心期刊论文4篇,申请中国发明专利9项,顺利达到了项目的预期目标。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(9)
结合Inception模型的卷积神经网络图像去噪方法
  • DOI:
    10.3778/j.issn.1002-8331.1806-0259
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李敏;章国豪;曾建伟;杨晓锋;胡晓敏
  • 通讯作者:
    胡晓敏
基于差分进化的多目标粒子群特征选择算法
  • DOI:
    10.19734/j.issn.1001-3695.2018.05.0448
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李敏;章国豪;陈梓樑;郭志勇;胡晓敏
  • 通讯作者:
    胡晓敏
用于文本聚类的新型差分进化粒子群算法
  • DOI:
    10.3778/j.issn.1002-8331.2002-0268
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡晓敏;王明丰;张首荣;李敏
  • 通讯作者:
    李敏
新型树启发式搜索算法的机器人路径规划
  • DOI:
    10.3778/j.issn.1002-8331.1903-0411
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡晓敏;梁天毅;王明丰;李敏
  • 通讯作者:
    李敏
Path Planning in Multiple-AUV Systems for Difficult Target Traveling Missions: A Hybrid Metaheuristic Approach
多 AUV 系统中用于困难目标航行任务的路径规划:一种混合元启发式方法
  • DOI:
    10.1109/tcds.2019.2944945
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yu Xue;Chen Wei-Neng;Hu Xiao-Min;Gu Tianlong;Yuan Huaqiang;Zhou Yuren;Zhang Jun
  • 通讯作者:
    Zhang Jun

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其他文献

基于1H NMR 代谢组学技术探讨艾灸对正常人体血清代谢的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    J Acupunct Tuina Sci
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    佘畅;钟欢;胡晓敏;汪厚莲;呙安林;顾金萍;黄彩华;葛君芸;刘密;刘迈兰;林东海;常小荣
  • 通讯作者:
    常小荣
球形芽胞杆菌Cry48Aa/Cry49Aa毒素在苏云金芽胞杆菌中的共表达及杀蚊活性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国生物防治学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡全信;胡晓敏;闫建平;袁志明
  • 通讯作者:
    袁志明
球形芽胞杆菌 Cry48Aa/Cry49Aa 杀蚊毒素与致倦库蚊中肠上皮细胞复合物的结合特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国生物防治学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡全信;胡晓敏;闫建平;袁志明
  • 通讯作者:
    袁志明
W-Ni-Al反应射流成分变化对靶板毁伤性能影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    火工品
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张增;刘迎彬;刘天生;胡晓敏;张超霞;薛瑞峰
  • 通讯作者:
    薛瑞峰
球形芽胞杆菌C3-41磷酸果糖激酶的克隆、表达及基本生物活性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡亚君;胡晓敏;袁志明;韩蓓
  • 通讯作者:
    韩蓓

其他文献

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胡晓敏的其他基金

基于微观演化博弈和宏观遗传规划的超大规模交通流分配优化
  • 批准号:
    62272108
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于微观演化博弈和宏观遗传规划的超大规模交通流分配优化
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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