[發明專利]一種基于改進螢火蟲算法的AUV三維航路規劃方法

有效

• 申請號: 201410121156.5
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN103968841B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 劉廠;金娜;高峰;趙玉新;劉利強
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于改進螢火蟲算法的AUV三維航路規劃方法，其特征在于：

（1）對水下潛器三維路徑規劃進行建模和螢火蟲種群初始化：

（1.1）對航行空間抽象建模：

在水下潛器三維路徑規劃范圍內建立全局坐標系Oxyz，以起點和終點建立航行空間ABCD-EFGH，將X、Y、Z三個方向中跨度最大的方向進行等間隔劃分，得到一組相互平行的平面，平面的個數與航路點的個數相同，每一個平面包含一個待求路徑點，將起點、每個平面內的航路點及終點順次連接起來得到一條路徑；

（1.2）螢初始化火蟲算法種群：

解空間P＝[p₁,p₂,...,p_n]∈R^m×n，其中n為螢火蟲種群的規模，一只螢火蟲代表一條路徑，m為螢火蟲解的維度，對應為路徑的節點個數，令P中的每個向量p_i＝x_ji+y_jj+z_jk，其中x_j,y_j,z_j∈R^m，將pi在X、Y、Z三個方向進行初始化，設Y向為等距分割方向，則pi在Y向均勻取點，p_i在X、Z方向隨機取點：

xi=rand,Xmin<rand<Xmaxyi=i×LSDn-1+yszi=rand,Zmin<rand<Zmax;]]>

（2）計算目標函數值：

目標函數值由路徑節點直線段長度和進入障礙物的懲罰值構成：

Value=Σi=1n-1Si+(k1+k2)L]]>

其中S_i代表第i個直線段長度，k₁和k₂分別是進入障礙物的節點數和中間節點數；

（3）計算自適應參數：

采用均衡度來衡量種群的分布：

dis(S)=1Dim·Σi=0DimΣl=1n(PNumN-ail)2]]>

其中,Dim是每個螢火蟲的維數，PNum為螢火蟲數目，N是維變量取值域的等分數，a_ij是在第l個等分區域中對應的第i維的維變量個數，其中，PNum≤N，

調整參數：計算均衡分布度dis(S)，令η＝dis(S)，以η調節參數α和γ：

αi=αb+exp(-η)(αe-αb)γi=γb+exp(-η)(γe-γb)]]>

其中α_b、γ_b表示參數的初始值，α_e、γ_e表示參數的最終值；

（4）比較螢火蟲之間的亮度，更新螢火蟲的位置：

根據螢火蟲算法的運行機制，通過兩兩比較，及時更新每個螢火蟲的解空間：

p(i)=p(i)+k·βij(p(i)-p(i))+2α·(rand-0.5)k=Light(j)/Light(i),]]>

其中p代表解向量，i代表待更新螢火蟲，j代表相比待更新螢火蟲較優的螢火蟲；

（5）添加輔助規劃算子：

（5.1）添加排除算子；

（5.2）添加變異算子；

（5.3）添加收縮算子；

（6）當滿足算法迭代停止條件則輸出最優路徑，水下潛器三維路徑規劃結束，輸出最后一次迭代的最優路徑。