水面无人艇（UnmannedSurfaceVehicle，简称USV），是一种可以进行人工或智能分析、航行，并能独立完成对目标的监测等多种多样任务的水上舰艇。其依据执行任务的区别，会安装不一样的传感器，装载不一样的装备，用途会十分丰富[3]。

军事方面，当前世界各国处于研究中和现役的水面无人艇有近百艘，可用于执行数

据传输、收集等工作，或者布雷、远程反潜等军事任务。美国在水面无人艇取得了很大的成果，而且已研制出海量的海上无人舰艇，首要涵盖大型无人潜航器及水面无人艇，比方“幽灵卫士”无人艇，首要功能是:输送物品，警备和防护,海上监测和搜集谍报。另有以色列的“保护者”号无人艇，通过遥控、自主操纵或者远距离操控等手段进行国防及反对恐怖主义作战,还能进行部队护卫、探查等使命[4]。

图1-1美国“幽灵卫士”图1-2以色列“保护者”无人艇

民事方面，USV经常被使用在水文情况监测探测等较简易的范畴。美国宇航局（NASA）与TexasA&MUniversity合作研发出了一款可智能航行、控制的USV，用于德州海岸观测网络计划（TCOON）。韩国忠南国立大学正在操纵机械鱼钻研水污染题目[5]。在同个时间,我们的许多大学（江苏科大、哈工程等）也将USV作为研究目标，在航行轨迹的控制等多个范畴得到了不错的成绩。但从现有的数据来看，USV方面与西方发达国家相比，差距还是明显的，许多高级控制算法和知识还处于“纸上谈兵”阶段，没有应用于现实。

1.2.1无人艇应用于水域监测发展现状

水质监测作为水资源治理和养护的一个必要前提，水体的温度、氧气含量、PH值等多个指标能反映出其多种内在特征，因此测量其特征指数可一定程度上表现出水质的问题存在与否，有着十分深远的潜在价值[6]。

和有人舰艇相比，USV不需要载上专门进行操作的检测员，拥有以下多个的特点：

（1）机动能力较强，可以覆盖绝大部分水域；

（2）可长时间工作，不需要补给；

（3）对复杂水域条件有着较强的的适应性；

（4）可以在指定水域实现全天候机动巡逻，降低因大频率人工巡视导致人力物力等无端费用增加；

（5）仅需要针对USV的后勤服务，并且可以装上较多的监测装备；

（6）有着较高的识别率，对所采集的数据有积极地作用；现在，已经有好多个国家展开了水域监测无人艇的研发。UniversityofPlymouth

学者WasifNaeem研发出了“Springer”号USV，可应用在水上情况和气候监测、

水域较浅地区的测绘和污染物跟踪。其主要参数为L=4m,B=2.3m。船上搭载的装备可以针对氧气溶解率、酸碱值、水的深度等多个特征指数执行分析命令。美国南佛罗里达大学学者EricT.Steimle也研发了一种双体船当作水域检测装备。VolkerBertram阐述了多种无人艇。上述例子表明了USV在水域治理和监测等领域已得到较为广泛的利

用，并且利用规模十分广泛。

1.3艇型设计优化

按照当代最优化原理，约束条件、设计变量和目标函数等部分组成了优化数学模型。在此，我们对目标船型的船型优化数学模型主要涵盖快速性、耐波性和操纵性这三个方面进行建模。

1.3.1艇型优化设计研究现状

MatteoDiez在Oceanengineering期刊中发表的《Robustoptimizationforshipconceptualdesign》一文中提出了一种方法的鲁棒优化的散货船的概念设计，不确定的操作和环境条件。具体而言，在决策过程中所涉及的不确定性，考虑到通过它们的概率分布的期望值和相关的量的标准偏差进行评估，并包括在优化目标，而在最坏情况下的约束进行评估。这将导致一个强大的设计能够保持良好的性能，在整个概率操作方案。粒子群优化算法用于全局最小化过程，最大限度地减少预期和单位运输成本的标准偏差[7]。TomaszAbramowski在Navalengineersjournal期刊中发表了《ApplicationofArtificialIntelligenceMethodstoPreliminaryDesignofShipsandShipPerformanceOptimization》介绍了优化船舶设计参数的方法。一个解向量包含七个变量。此外，该模型中使用的优化过程中寻求最优解使用两种算法：遗传算法和模拟退火算法。提出了优化的两个例子，其中一个解决方案中寻求最小推进功率目标问题第一、第二具有多目标的制定，其中最小的推进功率和最大载重同时寻求。结果进行了分析的基础上，在优化过程中记录的一些选定的值的时间序列，并基于帕累托最优解的集合中获得的多目标优化[8]。AhmadF.MohamadAyob等人在Journalofshipresearch发表了《AHydrodynamicPreliminaryDesignOptimizationFrameworkforHighSpeedPlaningCraft》一文，提出了船舶初步设计阶段的优化设计目的是在性能指标和设计约束的基础上，确定最佳船型尺寸。虽然大量的设计已经产生和评估，因为船舶设计的优化方法的应用，只有少数这样的设计已经建成或“解剖”，以获得更深入的了解，为什么这样的设计往往是最佳的。本文提出了一种优化框架，介绍了设计的高速滑行工艺，其中包括几何模块，标准性能估计，和一套国家的最先进的优化算法。通过优化的过程中确定的设计进一步分析，发现设计变量之间的关系，导致更好的设计。本文的重要贡献是说明步骤导出pseudoperformance估计及其效用的背景下，初步设计这样的关系可以有效地用来筛通过大量设计[9]。