[发明专利]一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法

权利要求书

1.一种自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、局部区域规划：针对AUV巡航的多区域范围进行局部区域遍历，生成局部区域路径，并统计各局部区域所有的遍历起始点，在进行局部区域规划时，以转弯次数最少为优化目标确定最优的扫描方向；

步骤B、优化：根据步骤A所得到的所有遍历起始点，通过优化分析获得最优遍历顺序和各局部区域的最佳遍历起始点；

步骤B1、以局部区域的遍历起始点为初始种群，以路径总长度最短为优化目标，构建适应度函数，得到可行路径；

(1)构建初始可行路径：

设有N个局部区域Z＝{Z₁，…，Z_N}，第i个局部区域可能的遍历起始点为S＝{S_i1，…，S_i4}，对应的局部区域终点分别为T＝{T_i1，…，T_i4}，其中i∈[1，N]；从集合Z中随机选取一个局部区域并进行移除操作，随机选择其他局部区域直至Z变为空集，进而获得局部区域遍历起始点的一个随机序列；

将局部区域中的遍历起始点进行编号并随机排列，得到一组整数序列I＝{I₁，…，I_N}，计算个体中的i个属性值，以生成可行路径，直到生成的可行路径数量达到18*N数量时停止，则所得到的可行路径构成初始可行路径集；

(2)构建适应度函数：

以总的路径长度最短为优化目标建立适应度函数，个体的适应度函数为

其中，D_j为第j个局部区域遍历终点与第j+1个局部区域遍历起始点的距离，j＝[1，…，N-1]，设每个局部区域遍历的路径长度存放在集合P中，设备的布放点到任务区域的距离为D_s，最后一个局部区域遍历终止点到回收点的距离为D_e；

(3)可行路径自更新：

首先从得到的可行解中随机选出NP₀个解作为初始种群，定义集合A，用来存储在选择过程中被淘汰的个体，初始化为空；定义数组MF和MCR，用来存储在上一代表现较好的变异因子和交叉概率，|MF|＝|MCR|＝H，H为L-SHADE算法的控制参数，定义F为变异因子，CR为交叉概率，从1至H中随机选择整数r，并计算第g代种群中第i个个体对应的变异因子F_i，g和交叉概率CR_i，g；

然后计算种群中每个个体的适应度，选出适应度最高的个体x_r1，g，再从剩余的适应度最高的p％的个体组成的集合和A的并集中随机选出两个差分基向量x_r2，g，x_r3，g对第g代种群进行变异操作，实现可行路径自身的更新：

v_i，g＝x_i，g+F_i，g·(x_r1，g-x_i，g)+F_i，g(x_r2，g-x_r3，g)； (17)

步骤B2、基于L-SHADE方法迭代对可行路径进行优化；

步骤B3、确定每个局部区域的最佳遍历起始点和最优遍历顺序；

步骤C、路径生成：基于获得的最佳遍历起始点位置和最优遍历顺序组合局部遍历路径，生成最优的遍历路径。

2.根据权利要求1所述的自主式水下航行器多区域遍历路径规划方法，其特征在于：步骤A中在生成局部区域路径时：

基于最优的扫描方向对转弯次数进行优化，设得到的最优扫描方向对应的顶点为V_j(x_j，y_j)，j∈[1，n]对应的边为E_w，w∈[1，n-1]，n为局部区域顶点个数，按照扫描方向平移E_w的两个端点，得到一组平行线，求取该组平行线与局部区域其他边的交点，得到最终的路径点，进而确定局部区域路径及其遍历起始点。