[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

本發明涉及多級優化的無人船舶路徑規劃方法，包括：基于目標船舶的自身信息、航行環境信息和航行任務信息，采用天牛算法進行路徑規劃，路徑規劃過程中，如果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，計算天牛下一步位置的接受概率，若接受概率大于預設閾值，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，以及，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路徑；目標船舶根據規劃好的路徑控制船舶航行。運算量大大降低，避免了路徑規劃中天牛須算法陷入局部最優的問題。本發明還提出多級優化的無人船舶路徑規劃裝置。

技術領域

本發明涉及智能船舶路徑規劃技術領域，尤其涉及一種多級優化的無人船舶路徑規劃方法及裝置。

背景技術

智能船舶路徑規劃是實現船舶自主航行的首要技術，具體為基于電子海圖信息和船舶感知到的環境信息構建航行環境模型，然后基于航行環境模型和航行任務進行自主路徑規劃。基于智能船舶的實際運行情況，要求路徑規劃算法的執行效率高，且可以實現結果最優，最終得到一條既安全又經濟的航行路線。

目前，常見的路徑規劃算法主要分為基于圖搜索和基于智能優化算法兩大類，其中基于智能優化算法的路徑規劃更適合應用于無人系統中。但是目前智能船舶路徑規劃中應用較廣的智能優化算法，比如粒子群優化算法、蟻群算法、螢火蟲算法等均屬于基于群體優化的路徑規劃算法，由于算法個體多導致運算量大，不利于算法的執行效率。

天牛須搜索算法是一種高效的智能優化算法，模仿的是自然界中天牛根據食物氣味濃度尋找食物的行為，如果天牛左邊觸須接收到的氣味濃度比右邊接收到的氣味濃度大，則天牛下一步會往左邊移動，否則下一步將往右邊移動，在移動之后，天牛頭的朝向是隨機的，其中食物的氣味濃度就相當于一個函數，天牛的目的就是尋找到函數的全局最優值。可見天牛須搜索算法只需要提出一個算法個體進行搜索，運算量大大降低，但是在實際過程中，天牛個體只在當前位置感知下一步位置的方向，容易陷入局部極值，很難應用于智能船舶的路徑規劃中。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術中存在的問題，本發明至少從一定程度上進行解決。為此，本發明的一個目的在于提出了一種多級優化的無人船舶路徑規劃方法，運算量大大降低，并且避免了路徑規劃中天牛須算法陷入局部最優的問題，從而能夠快速規劃出經濟安全的航行路徑。

本發明的第二個目的在于提出一種多級優化的無人船舶路徑規劃裝置。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明一方面提供一種多級優化的無人船舶路徑規劃方法，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。