Курсовая с практикой на тему Разработка алгоритма и программы преследования объектом другого объекта с учетом постоянной скорости этих объектов

Содержание:

Введение 4

1 Постановка задачи и разработка решения задачи преследования 6

1.1 Анализ методов решения задачи преследования 6

1.2 Требования к разрабатываемой программе 7

1.3 Постановка задачи 8

2 Разработка программы 9

1.4 Макет интерфейса человеко-машинного диалога 9

2.2 Алгоритм программы 10

2.3 Выбор языка программирования и написание программы 11

Заключение 12

Список использованных источников 13

Приложение А Руководство оператора 14

Приложение Б Текст программы 22

Введение:

Разработка алгоритмов преследования объектом другого объекта имеет большое значение в различных областях человеческой деятельности. Они занимают особое место в геоинформационных системах (ГИС) и предназначены для управления большим количеством разномасштабной картографической информации. Моделируемые в ГИС объекты и явления имеют пространственную привязку, которая позволяет анализировать эти объекты во взаимосвязи с другими пространственно-определенными объектами. Модули пространственного анализа и принятия решений средствами ГИС являются ядром геоинформационных технологий, на основе которых создаются, например, комплексные программные решения для поддержки объектов инфраструктуры в течении их жизненного цикла: при проектировании, создании и эксплуатации сетей электроснабжения и транспортных сетей, поиск пространственных объектов, а также класс задач топографического и геометрического характера.

Задача отслеживания траектории и навигации с использованием только данных о расстоянии до цели мотивирована своими областями применения, например, беспроводные сети, управление беспилотными подводными устройствами, системы наблюдения и безопасности, и многими другими, где единственная доступная информация о цели – это расстояние между ней и преследующим объектом. Такое расстояние может получаться путем измерений, например, времени отклика акустического сигнала от объекта или силой сигнала, полученного от искомого объекта.

Кроме того, решение таких задач актуально для военной и космической отрасли.

Объектом исследования являются алгоритмы преследования.

Предметом исследования – алгоритмы преследования объектом другого объекта с учетом постоянной скорости этих объектов.

Цель работы состоит в разработке алгоритма и программы преследования объектом другого объекта с учетом постоянной скорости этих объектов.

Задачи, которые необходимо решить в процессе исследования:

— рассмотреть виды задач, использующих алгоритмы преследования;

— выполнить анализ возможных решений задач, использующих алгоритмы преследования;

— выполнить практическую реализацию одной из задач на преследование одного объекта другим средствами языка программирования С++;

— оценить эффективность разработанной программы.

Сделать выводы о сложности разработки таких алгоритмов.

Заключение:

В процессе исследования по теме «Разработка алгоритма и программы преследования объектом другого объекта с учетом постоянной скорости этих объектов» были рассмотрены понятия алгоритма преследования-уклонения, рассмотрены границы и области применения данных алгоритмов, рассмотрены существующие методы решения задач с применением алгоритмов преследования-уклонения.

В качестве практического примера иллюстрации данного алгоритма было рассмотрено решение задачи на преследование объектом другого объекта с учетом постоянной скорости этих объектов при равномерном прямолинейном движении по горизонтальной поверхности с изменением только координаты х у объектов.

Для данной задачи разработана математическая модель, интерфейс программы, алгоритм решения в виде блок-схемы, выполнена разработка программы на языке С++ (версия 14) с использованием онлайн-компилятора https://www.jdoodle.com/online-compiler-c++14/.

Выполнено тестирование программы и произведена оценка эффективности по критерию – время выполнения программы при различных значения исходных данных.

Разработка алгоритмов преследования при условии использования большого количества параметров, условий и ограничений является чрезвычайно сложным процессом, так как неверно работающий алгоритм в реальной жизни может привести к серьезным последствиям, с учетом того, что такие алгоритмы используются в геоинформационных системах, военной и космической отрасли.

На основании изложенного можно сказать, что цели и задачи, поставленные на исследование достигнуты.

Фрагмент текста работы:

1 Постановка задачи и разработка решения задачи преследования

1.1 Анализ методов решения задачи преследования

Алгоритмы преследования – уклонения относятся к семейству задач в математике и информатике, в котором одна группа объектов пытается поймать (догнать) другую группу, типичный вариант такого алгоритма — полицейские и грабители. Решение таких задач на ранних этапах сводилось к геометрическому моделированию. В 1976 году Торренс Парсонс ввёл формулировку, в которой движения ограничены графом [1, с 426-441]. Геометрическая формулировка иногда называется непрерывным преследованием-уклонением, а формулировка на графе – дискретным преследованием-уклонением (иногда также поиском на графе). Текущие исследования обычно ограничены одной из этих двух формулировок.

Существует бесчисленно много вариантов преследования-уклонения. Все алгоритмы такого рода можно условно разделить на три основные категории: классические алгоритмы, оптимальные алгоритмы и алгоритмы в дифференциальных играх преследования. [2]

К классическим методам преследования относятся: метод погони, метод постоянного угла упреждения, параллельного и пропорционального сближения. Задача преследования по кривой погони впервые была поставлена еще в 1510 году Леонардо да Винчи [3, с. 279]. Наибольшее развитие изучение и развитие этих методов получило во время Второй мировой войны и далее в послевоенные годы. Появление беспилотных летательных аппаратов и другой техники, не требующей физического присутствия человека, активное развитие и совершенствование военной техники в условиях сложившейся геополитической ситуации в мире и вовсе подстегивает их совершенствование и оптимизацию.

К оптимальным алгоритмам относятся алгоритмы, основанные на теории оптимального управления, которые активно начали развиваться в 60-х годах прошлого столетия.