【摘 要】
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随着近年来经济的日益增长,海上石油开采及石油运输变得日益频繁,海上石油泄露事件频发,不仅破坏了海洋生态环境,使得大量海洋生物死亡,而且对近海居民的健康造成了巨大的危害。并且,在清理溢油的过程中,溢油挥发使得参与清理溢油的人员的身体健康受到了不同程度的危害。故本文中,提出一种利用双无人艇进行协同溢油围捕的方法,既可以有效清理溢油,又可以在很大程度上减小甚至避免溢油对清理工作人员健康的危害。 首先,
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随着近年来经济的日益增长,海上石油开采及石油运输变得日益频繁,海上石油泄露事件频发,不仅破坏了海洋生态环境,使得大量海洋生物死亡,而且对近海居民的健康造成了巨大的危害。并且,在清理溢油的过程中,溢油挥发使得参与清理溢油的人员的身体健康受到了不同程度的危害。故本文中,提出一种利用双无人艇进行协同溢油围捕的方法,既可以有效清理溢油,又可以在很大程度上减小甚至避免溢油对清理工作人员健康的危害。
首先,在建立无人艇三自由度动力学模型时,加入了围油栏的水动力的影响。假设双艇的队形中心为虚拟领航者,且溢油在风浪的作用下飘移的速度与方向已知的情况下,对虚拟领航者进行路径规划,使虚拟领航者能够追上溢油,并且最终使虚拟领航者的速度大小及方向与溢油保持一致。考虑到双无人艇在进行溢油围捕时,可能会碰到障碍物,因此将改进人工势场法融入到虚拟领航者路径规划中,从而使双艇系统可以在安全的情况下追赶上溢油。
然后,针对双无人艇协同溢油围捕时围油栏的存在会导致的“拖曳分离”及“缠绕”现象,需要对双艇的艏向和相对位置进行约束,因此,分别对编队方法和双艇轨迹跟踪方法进行改进:提出了一种艏向信息融合的编队方法,根据虚拟领航者的路径以及围捕任务要求规划出双艇的期望路径,并且将双艇的艏向差控制在合理的范围;提出基于零空间行为融合的双艇协同轨迹跟踪方法,针对双无人艇协同轨迹跟踪的过程进行分析,抽象出双艇的几种行为,并且根据双艇协同溢油围捕的机理给这些行为分配不同的优先级,将低优先级的行为向高优先级的行为的零空间上投影,最终可以在完成高优先级行为时,完成一部分低优先级的行为。
同时,研制了双无人艇协同溢油围捕试验系统,并且进行了大量外场试验,包括航速及航向控制试验、轨迹跟踪试验以及双无人艇协同溢油围捕的试验,通过外场试验分验证所提出方法的有效性。
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