[發明專利]多級優化的無人船舶路徑規劃方法及裝置

有效

• 申請號: 202010426696.X
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111562786B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 王曉原;夏媛媛;姜雨函;高杰;柴壘;孫正濮;朱慎超
• 申請（專利權）人: 智慧航海（青島）科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰

1.一種多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取目標船舶的自身信息、航行環境信息和航行任務信息；

基于目標船舶的自身信息、航行環境信息和航行任務信息，采用天牛須搜索算法進行路徑規劃；

采用天牛須搜索算法進行路徑規劃，包括以下步驟：

如果搜索到的天牛下一步位置相對天牛當前位置的氣味濃度增量大于零，則根據所述氣味濃度增量和當前模擬退火的溫度，以獲得天牛下一步位置的接受概率，若天牛下一步位置的接受概率大于預設閾值，則將天牛下一步位置作為天牛當前位置，否則舍棄天牛下一步位置；

如果當前迭代次數大于最大迭代次數，則降低模擬退火的溫度，并在溫度大于預設最低溫度時，繼續搜索路徑，在溫度小于預設最低溫度時，輸出規劃好的航行路徑；

目標船舶根據規劃好的航行路徑，控制船舶航行。

2.如權利要求1所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，采用天牛須搜索算法進行路徑規劃，還包括以下步驟：

根據目標船舶的自身信息確定天牛位置；

根據航行環境信息、航行任務信息、天牛位置和預設的天牛模型，計算天牛左右兩須的氣味濃度，以將氣味濃度較大的須方向作為天牛下一步移動的方向；

根據天牛下一步移動的方向和天牛的移動步長，以獲得天牛的下一步位置。

3.如權利要求2所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，計算天牛左右兩須的氣味濃度，包括：

其中，i＝l或r，l為左須，r為右須，K₁,K₂0，(x_o,y_o)為距離天牛左須或右須最近的障礙物的坐標，(x_g,y_g)為目標點坐標，為當前天牛兩須間質點的坐標；假設航行環境中共o_n個障礙物，當前天牛左須或右須方向感知到o_s個障礙物，min o_n∈o_s||D_fo||為當前天牛左須或右須方向的障礙物的距離最小值。

4.如權利要求2所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，根據天牛下一步移動的方向和天牛的移動步長，獲得天牛的下一步位置，包括：

其中，x_t+1為天牛的下一步位置；x_t為天牛位置；S_t為天牛的移動步長；b為單位向量，表示天牛在空間中的朝向，取右須指向左須的方向為天牛的朝向；sign()為符號函數；為天牛左須方向的氣味濃度；/為天牛右須方向的氣味濃度。/

5.如權利要求1所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，根據氣味濃度增量和當前模擬退火的溫度，獲得天牛下一步位置的接受概率，包括：

p＝exp[-Δf/T]

其中，p為接受概率，exp[]是以自然常數e為底的指數函數，Δf為氣味濃度增量，T為當前模擬退火的溫度。

6.如權利要求1所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，降低模擬退火的溫度，包括：

T＝T₀-αt

其中，T為模擬退火的溫度，T₀為模擬退火的初始溫度，α為退火因子，取值0.7～0.99，t為迭代次數。

7.如權利要求1所述的多級優化的無人船舶路徑規劃方法，其特征在于，采用天牛須搜索算法進行路徑規劃，還包括以下步驟：

在將天牛下一步位置作為天牛當前位置或舍棄天牛下一步位置后，更新天牛的移動步長，計算公式如下：

S_t＝0.95S_t-1

其中，S為移動步長，t為循環次數。