[发明专利]一种基于改进蚁群算法的无人艇全局路径多目标规划方法

说明书

本发明属于无人艇全局路径规划领域，具体涉及一种基于改进蚁群算法的无人艇全局路径多目标规划方法，包括以下步骤：利用Maklink图论建立海上环境地图模型；改进路径启发信息策略，得到路径平均值；设计蚂蚁信息素挥发自适应调整策略；设计局部信息素更新和全局信息素更新结合策略；通过无人艇的艏向角偏差因子改进蚁群搜索下一节点状态转移概率；综合全局路径长度最短、改进蚁群算法优化迭代次数最少和路径平滑系数最低等要求，设计评价函数。本发明综合考虑无人艇海上航行的全局路径距离、改进蚁群算法优化全局路径的迭代次数和所规划全局路径的平滑系数等多目标，最终规划出最优的无人艇海上航行最优全局路径，并且有较高的安全性。

技术领域

本发明属于无人艇全局路径规划领域，具体涉及一种基于改进蚁群算法的无人艇全局路径多目标规划方法。

背景技术

随着现代社会的发展，传感器微型化与高精度化、智能控制理论、装备系统工程无人化等技术手段不断推陈出新，伴随着这些技术的持续性更新换代和无人装备系统在警备、巡逻和探索等军民中的广泛应用，使得无人系统成为世界科技强国争先攻占的前沿尖端技术。其中，无人水面艇(unmanned surface vehicle，USV)作为无人系统在海洋中的代表，可以长时间、低成本和大范围地执行海洋科研及工程任务，在军事领域和民事领域具有极其普遍的潜在使用空间，如反潜作战、反特种作战，搜索和排雷、海底测绘、海洋资源勘探与开发、海洋环境监测等多种用途。支撑起无人水面艇迅猛发展的重要技术手段之一，是无人水面艇自主航行技术，而无人艇的全局路径规划是自主航行技术的基础和前提。

发明内容

本发明的目的是为了克服基本蚁群算法收敛速度慢、易陷入局部极值和全局路径平滑系数高等问题而提出的一种基于改进蚁群算法的无人艇全局路径多目标规划方案。

一种基于改进蚁群算法的无人艇全局路径多目标规划方法，包括以下步骤：

(1)利用Maklink图论建立海上环境地图模型；

(2)改进路径启发信息策略，得到路径平均值；

(3)设计蚂蚁信息素挥发自适应调整策略；

(4)设计局部信息素更新和全局信息素更新结合策略；

(5)通过无人艇的艏向角偏差因子改进蚁群搜索下一节点的状态转移概率；

(6)综合全局路径长度最短、改进蚁群算法优化迭代次数最少和路径平滑系数最低等要求，设计评价函数。

所述利用Maklink图论建立海上环境地图模型，包括：

Maklink图论是利用生成的大量Maklink线段来在环境地图的二维路径中规划可行空间；Maklink线段包括障碍物凸多边形的顶点到边界的垂线以及顶点之间相互的连线；

(1.1)将形成障碍物凸多边形的顶点到边界作各自的垂线并按一定的序号储存在集合里；将形成障碍物凸多边形的顶点相互之间做连线也储存在集合里；

(1.2)选取集合中的第一条线段，判断线段与凸多边形边界是否相交，若相交，则从集合中删除该线段，若不相交，查看集合中的下一条线段；

(1.3)查看线段与凸多边形的顶点，它们之间会产生的两个外角，若两个外角均小于180°，则这条线段便是最佳的路线；

(1.4)审查备选线段中是否有外角大于180°，有的话则选择集合中的下一条线段，并返回步骤(1.2)；

(1.5)删除多余的连接线段；

(1.6)多次循环步骤(1.1)-步骤(1.5)，一直遍历到所有顶点；

(1.7)连接相邻Maklink线段上的中点，这些Maklink线段和顶点、中点，形成了无人水面艇在海上航行时环境地图模型。