[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

说明书

本发明涉及水下无人潜行器三维航路规划领域，具体涉及基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法。包括导入数据；路径起始、终止点约束判断；确定适应度函数；路径起始、终止点透明度判断；粒子群初始化；计算适应度值；设置pbest、gbest初始值；运行粒子群优化算法；重复运行粒子群优化算法，直至满足粒子优化终止条件；输出规划结果。本发明采用粒子群优化算法，根据不同的优化评价指标(安全性、隐蔽性、经济性)，结合水深、海流或透明度数据，通过在适应度函数中增加惩罚的方式，满足UUV航行约束，自动躲避岛屿与人工障碍物，实现多种评价指标航路规划。本方法适用于多约束多指标场景下的UUV三维航路规划，可用度高，实用性强。

技术领域

本发明涉及水下无人潜行器三维航路规划领域，具体涉及一种基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法。

背景技术

探索认知海洋是开发利用、保护海洋的先决条件，水下无人航行器(UnmannedUnderwater Vehicle，UUV)为海洋环境探索、军事侦察等提供了重要支持。根据航行要求，从选定海域内规划一条三维航行路线，既能智能躲避航行区域存在岛屿、人工设置的障碍物，又能适应海底地形的崎岖，满足航行器的垂向安全距离，这些是UUV能否安全完成任务需要重点考虑的。此外，根据UUV工作内容，规划航行还需要将隐蔽性、经济性(节约耗能)纳入优化评价指标。

专利CN202010196626.X公开一种AUV三维航路规划方法，设置进入障碍物惩罚，考虑海流因素影响，但是没有考虑具体的障碍物建模以及海水透明度对路径规划的影响。文献“水下平台三维航路多约束多指标规划的蚁群策略研究”中，建立了路径最短、安全性、隐蔽性指标函数，但是没有具体考虑海流等因素。

为了解决现有技术存在的问题，本发明公开了一种采用了粒子群优化算法，可根据不同的优化评价指标，结合水深、海流或透明度数据，通过在适应度函数中增加惩罚的方式，满足UUV航行约束，自动躲避岛屿与人工障碍物的UUV多指标约束三维航路规划方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法。

本发明的技术方案为：

本发明提供了基于海洋环境信息的UUV多指标约束三维航路规划方法，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、终止点坐标及水深、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、终止点处的水深是否满足UUV垂向安全距离、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；

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、终止点处的水深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、水深；粒子群初始化是指路径节点的经度、纬度、水深的初始化，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；