[发明专利]一种基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法

摘要

本发明属于水下潜器三维路径规划技术领域，具体涉及一种基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法。本发明包括对水下潜器三维路径规划进行建模和萤火虫种群初始化；计算目标函数值；计算自适应参数；比较萤火虫之间的亮度，更新萤火虫的位置添加辅助规划算子；当满足算法迭代停止条件则输出最优路径，水下潜器三维路径规划结束，输出最后一次迭代的最优路径。本发明提出一种基于改进萤火虫算法的AUV三维路径规划方法。该方法相比传统路径搜索算法更加灵活，通过添加辅助规划算子，可以实现了AUV三维路径的快速规划。

主权项

一种基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法，其特征在于：(1)对水下潜器三维路径规划进行建模和萤火虫种群初始化：(1.1)对航行空间抽象建模：在水下潜器三维路径规划范围内建立全局坐标系Oxyz，以起点和终点建立航行空间ABCD‑EFGH，将X、Y、Z三个方向中跨度最大的方向进行等间隔划分，得到一组相互平行的平面，平面的个数与航路点的个数相同，每一个平面包含一个待求路径点，将起点、每个平面内的航路点及终点顺次连接起来得到一条路径；(1.2)萤火虫算法种群初始化：解空间P＝[p1,p2,...,pn]∈Rm×n，其中n为萤火虫种群的规模，一只萤火虫代表一条路径，m为萤火虫解的维度，对应为路径的节点个数，令P中的每个向量pi＝xji+yjj+zjk，其中xj,yj,zj∈Rm，将pi在X、Y、Z三个方向进行初始化，设Y向为等距分割方向，则pi在Y向均匀取点，pi在X、Z方向随机取点：xi=rand,Xmin<rand<Xmaxyi=i×LSDn-1+yszi=rand,Zmin<rand<Zmax;]]>(2)计算目标函数值：目标函数值由路径节点直线段长度和进入障碍物的惩罚值构成：Value=Σi=1n-1Si+(k1+k2)L]]>其中Si代表第i个直线段长度，k1和k2分别是进入障碍物的节点数和中间节点数；(3)计算自适应参数：采用均衡度来衡量种群的分布：dis(S)=1Dim·Σi=0DimΣl=1n(PNumN-ail)2]]>其中,Dim是每个萤火虫的维数，PNum为萤火虫数目，N是维变量取值域的等分数，ail是在第l个等分区域中对应的第i维的维变量个数，其中，PNum≤N，调整参数：计算均衡分布度dis(S)，令η＝dis(S)，以η调节参数α和γ：其中αb、γb表示参数的初始值，αe、γe表示参数的最终值；(4)比较萤火虫之间的亮度，更新萤火虫的位置：根据萤火虫算法的运行机制，通过两两比较，及时更新每个萤火虫的解空间：p(i)=p(i)+k·βij(p(j)-p(i))+2α·(rand-0.5)k=Light(j)/Light(i),]]>其中p代表解向量，i代表待更新萤火虫，j代表相比待更新萤火虫较优的萤火虫；(5)添加辅助规划算子：(5.1)添加排除算子；排除算子在优化过程中始终调用，以辅助算法跳出障碍物，快速找到无碰路径；(5.2)添加变异算子；(5.3)添加收缩算子；变异算子和收缩算子的使用要根据种群的均衡分布度来判断，当均衡分布度大于一个定值时，使用变异算子增加种群的多样性；算法进入小范围开发阶段，路径形成，调用收缩算子平滑路径：(6)当满足算法迭代停止条件则输出最优路径，水下潜器三维路径规划结束，输出最后一次迭代的最优路径。