基于AI路径规划的智能四体式水上救生艇设计与性能分析

摘要

传统的水上救生设备存在诸多缺陷，在复杂的环境中反应慢、传统的系统缺乏智能化功能、运行不够稳定等。为此设计一款基于窄楔形船体的智能四体式水上救生艇。该船体利用水动升力来提高自身抗风浪能力，四个推进器共同工作，结合空气动力学原理，研制一种以AI进行路径规划的智能四体式水上救生艇。该船体具有良好的刚度和平顺航行的能力，在恶劣天气条件下不容易翻覆。本论文主要工作是提出一种改进蚁群优化算法并与PRM相结合，同时加入具有视觉识别功能的深度学习模块，形成一种可以观察周围环境，在不断学习中做出实时判断并且有“预判”避障能力的自动控制系统。通过多次高精度CFD仿真及不同情况下的水面试验得出如下结论：该救生艇高速行驶时明显减小其兴波阻力，有良好的耐波性能，在需要改变航向或者加速减速等情况发生时能迅速作出反应，总体而言，该救生艇各方面表现基本符合现今水上救援对于及时性、安全性以及智能化的要求。值得一提的是，在本课题组的研究中，我们首次把水动升力理论应用到智能救生艇减阻设计上，对小型高速水面无人艇结构设计提供一种新思路及参考实例。