[發明專利]一種基于海流歷史統計信息的水下潛器路徑規劃方法有效

申請號：	201110031277.7	申請日：	2011-01-28
公開（公告）號：	CN102175245A	公開（公告）日：	2011-09-07
發明（設計）人：	劉廠;高峰;趙玉新;李剛;沈志峰;張振興	申請（專利權）人：	哈爾濱工程大學
主分類號：	G01C21/20	分類號：	G01C21/20
代理公司：	北京永創新實專利事務所 11121	代理人：	趙文利
地址：	150001 黑龍江***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于海流歷史統計信息水下路徑規劃方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于水下潛器路徑規劃領域，尤其是一種基于海流歷史統計信息的的水下潛器路徑規劃方法。

背景技術

路徑規劃問題是水下潛器智能控制的關鍵技術之一。隨著人們對海洋資源的日趨關注，水下潛器在海洋開發、軍事偵察及援潛救生中發揮著越來越重要的作用，人們對水下潛器實現智能控制和自主導航的要求和期望也越來越高，路徑規劃技術在一定程度上直接關系到水下潛器智能水平的高低。由于水下潛器經常工作在大范圍開放的三維空間環境中，受到各種海洋環境要素的影響。這種情況下路徑規劃方法已經不僅僅是避障問題，還要充分考慮各種海洋要素對潛器航行的影響。

目前針對路徑規劃的研究主要集中在路徑規劃的方法上，如路徑優化方法、障礙物規避方法等。例如申請號為200910100613.1的專利申請一種基于粒子群優化算法的移動機器人路徑規劃方法，該專利對機器人路徑利用粒子群優化算法進行規劃；最后對規劃的路徑進行深度優先搜索。申請號為201010123511.4的專利提出一種基于雙群協同競爭粒子群和Ferguson樣條的機器人路徑規劃方法，該方法主要解決現有技術中存在的規劃路徑平滑性差且收斂速度緩慢的問題。這些方法在實驗室仿真下已經取得不錯的效果，但是離實際應用還有很大的距離，主要原因之一就是沒有考慮實際的航行環境或者考慮較少。由于海流的流幅多數比較寬，流速也比較大，對航海會產生比較明顯的影響。潛器在有海流存在的海域航行，必須及時修正航向、航速，否則會改變計劃航線、加長航程，甚至會出現航海事故或影響任務的完成。同時潛器在航行過程中如果能充分利用海流的影響，避開逆流并沿著順流航行則能大大節省燃料。因此在路徑規劃中如果充分考慮海流的影響，不僅能夠保證規劃出安全可靠的航行路線，而且能夠節省燃料。目前國內外已經有一些學者開始海流影響下的路徑規劃技術研究。例如徐玉如，姚耀中在《考慮海流影響的水下機器人全局路徑規劃研究》一文中將海流因素作為遺傳算法的評價因子，在路徑規劃的層面上考慮海流的影響。毛宇峰，龐永杰在《改進粒子群在水下機器人路徑規劃中的應用》一文中設計了綜合路徑長度、海流和轉向費用的適應度函數，使算法很好地適應海流的變化，很大程度減小了海流對水下機器人能量消耗和控制的不利影響。但是上述兩篇論文在路徑規劃中采用的海流均是由流函數生成的，與實際海流存在較大差別。利用這種海流數據進行路徑規劃雖然在一定程度上考慮了海流的影響，但是由于這種海流與實際海流存在較大的差距，因此生成的路徑與實際航線偏差較大。海流的流動具有相對穩定性，在較長時間內流動方向、速率和流動路徑大致相似。海流歷史統計數據是完全根據實測資料進行統計的結果，包括最大、最小、平均值等多個統計項目結果，因此在沒有實測信息的情況下，可以利用歷史觀測統計資料來近似表示當前流場。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統路徑規劃中考慮海流因素較少的缺陷，提出了一種基于海流歷史統計信息的水下潛器路徑規劃方法。本發明利用海流歷史統計數據庫生成接近真實值的海流場，在路徑規劃中充分考慮了海流的影響，使規劃出的路徑更接近水下潛器實際航行路線。

本發明的目的是利用海流歷史統計數據庫生成海流場，提供一種充分考慮海流影響的路徑規劃的方法。其特征在于，該方法包含以下要點：

步驟1.確定航行區域，將航行區域柵格化；

步驟2.利用海流歷史統計數據庫生成航行區域內的海流場；

步驟3.利用電子海圖作為環境場，將航行區域內的障礙物、島嶼、淺水區進行簡化合并，生成禁航區；

步驟4.將海流信息和禁航區信息按照柵格進行存儲；

步驟5.構造路徑評價函數；

步驟6.利用粒子群算法進行最優路徑搜索；

步驟7.輸出路徑，路徑規劃結束。

本發明的優點在于：

本發明利用海流歷史統計數據庫生成接近真實值的海流場，在充分考慮海流影響的情況下，設計了考慮航行安全性、經濟性、光滑性相結合的路徑評價函數，利用改進粒子群優化算法作為優化算法進行水下潛器全局路徑規劃，以規劃出更接近實際航行路線的潛器航行路徑。