[发明专利]基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法

权利要求书

1.基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.导入数据，导入规划航行区间内的网格数据、导入航路规划起始点及终止点的三维坐标、导入人工障碍物数据，并获取约束参数；

S2.路径起始、终止点约束判断，判断起始点及终止点处的深度是否均满足UUV垂向安全距离和极限深度的要求；判断起始点处的海流流速是否小于UUV可承受最大抗流速度；判断起始、终止点是否陷入人工障碍物、岛屿；

S3.确定适应度函数，根据不同的优化评价指标，确定适应度函数，所述优化评价指标包括安全性、隐蔽性、经济性；所述适应度函数包括以下两种：

(1)当优化评价指标为安全性、安全性与隐蔽性时，适应度函数为：

S＝min(C*D)

S为适应度值；

C为路径经过岛、人工障碍物、不满足约束参数的惩罚，C＝δ^k；

D为规划路径欧式距离，

其中，k为不满足约束的计数，惩罚系数n为路径节点的个数，x_i,y_i,z_i为路径中节点i的坐标；

(2)当优化评价指标为安全性与经济性时，适应度函数为：

S＝min(C*T)

T为UUV走完规划航行路径所花费的时间，

其中，为UUV航行速度，为节点i处的海流速度；

S4.路径起始、终止点透明度判断，当优化评价指标包含隐蔽性时，还需要判断起始、终止点处的深度是否大于网格内的水深透明度数据；

S5.粒子群初始化，设粒子群算法的解空间为L＝[l₁,l₂,l₃,...,l_m]，其中m为粒子群的种群个数，每个粒子代表一条规划路径，每条路径包括若干个路径节点，每个路径节点包括三个维度：经度、纬度和深度；粒子群初始化是指路径节点的经度、纬度、深度的初始化，所述粒子群初始化的方法包括完全随机初始化、非完全随机初始化，首先使用非完全随机初始化进行粒子群初始化；

S6.计算适应度值，检查各路径是否穿越岛屿、人工障碍物，是否满足约束参数；确定各粒子的惩罚系数，进而计算每个粒子的适应度值；

S7.设置pbest、gbest初始值，将适应度值最小的粒子位置作为pbest、gbest的初始化值，其中pbest、gbest分别为粒子局部、全局最优解；

S8.运行粒子群优化算法，更新粒子局部、全局最优解；

S9.输出规划结果，取得上述步骤最终求解的gbest，再次进行是否穿越岛屿、人工障碍物判断及是否满足约束参数判断，若无异常，则将此gbest作为最终结果输出；反之，首先使用完全随机初始化的方法进行粒子群初始化，然后进行S6～S9。

2.根据权利要求1所述的基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法，其特征在于：所述网格数据包括水深、海流、透明度；所述人工障碍物包括圆柱体、五角柱；所述约束参数包括抗流性、最大俯仰角、垂向安全距离。

3.根据权利要求1所述的基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法，其特征在于：所述粒子群的种群个数为300个，所述路径包含7个路径节点。

4.根据权利要求1所述的基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法，其特征在于：所述完全随机初始化的初始化公式为：

其中，x_i,y_i,z_i表示第i个路径节点的经度、纬度、深度坐标，x_s,y_s,z_s为路径起始点坐标，rand()为随机数，X_min,X_max为规划范围最小、最大经度值，Y_min,Y_max为规划范围最小、最大纬度值，Z_min,Z_max为x,y坐标点处可选最小、最大深度；此外，粒子速度在三个方向上进行随机初始化。