[發明專利]基于蟻群算法的路徑優化方法及水面垃圾收集路徑規劃

在審

• 申請號: 202210514630.5
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114721400A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 尹藝臻
• 申請（專利權）人: 尹藝臻
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 張青龍;肖秉城

本發明公開一種基于蟻群算法的路徑優化方法及水面垃圾收集路徑規劃，S1：對水面懸浮垃圾進行建模，得到各處水面懸浮垃圾的節點坐標；S2：初始化參數；S3：m個螞蟻從起始點出發；S4：螞蟻根據各節點的信息素和啟發信息來選擇下一節點，計算螞蟻k從節點i轉移到節點j的轉移概率S5：依據更新規則進行信息素全局更新；S6：判斷螞蟻是否遍歷了所有節點，或者尋找到了終止點，若是則執行步驟S7，否則跳轉到步驟S4?S5繼續尋路；S7：保存每只螞蟻的搜索路線和長度；判斷是否達到最大迭代次數N，若是則選擇長度最小的搜索路線作為最優路線，若否則跳轉到步驟S3。

技術領域

本發明涉及路徑規劃技術領域，特別涉及基于蟻群算法的路徑優化方法及水面垃圾收集路徑規劃。

背景技術

人類活動在生產、生活中產生的垃圾大量漂浮在水面上，造成水質被嚴重的污染，及時的清理水面懸浮垃圾具有重要的現實意義。目前，對于水面垃圾的清理主要依靠人工捕撈和機動船清理兩種方式，前者效率低下、人工成本高昂，后者是通過“偶遇”垃圾進行清理，收集效率較低。為此，解決目前水面垃圾收集的問題就顯得更加重要。

蟻群算法是一種仿生智能優化算法，用以模擬自然界蟻群在搜尋食物過程中探索路線的行為。螞蟻在覓食的過程中，能夠在它所經過的路徑上留下信息激素，并且能夠感知信息激素的存在及其強度，其選擇食物源路徑的概率與該路徑上分泌的信息素強度成正比。因此，在螞蟻經過的路徑上會形成一種信息正反饋機制，即某條路徑的信息素越多，后來的螞蟻選擇該路徑的可能性就越大，以此達到尋找最短路徑的目的。

發明內容

針對現有技術中水面懸浮垃圾收集效率較低的問題，本發明提出基于蟻群算法的路徑優化方法及水面垃圾收集路徑規劃，將蟻群算法用于水面垃圾搜集裝置的路徑優化，并對信息素進行全局更新，得到最小距離的收集路徑，提高水面懸浮垃圾收集效率，

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

基于蟻群算法的路徑優化方法，包括以下步驟：

S1：初始化參數：螞蟻數量m、迭代次數N、起始點和終止點、信息素啟發因子α、期望啟發因子β、信息素揮發系數ρ、信息素總量Q；

S2：m個螞蟻從起始點出發；

S3：螞蟻根據各節點的信息素和啟發信息來選擇下一節點，計算螞蟻k從節點i轉移到節點j的轉移概率

S4：依據更新規則進行信息素全局更新；

S5：判斷螞蟻是否遍歷了所有節點，或者尋找到了終止點，若是則執行步驟S6，否則跳轉到步驟S3-S4繼續尋路；

S6：保存每只螞蟻的搜索路線和長度；判斷是否達到最大迭代次數N，若是則選擇長度最小的搜索路線作為最優路線，若否則跳轉到步驟S2。

優選地，所述S1中，m＝19、α＝1、β＝5、ρ＝0.3、Q＝50。

優選地，所述S3中，轉移概率的計算公式為：

公式(1)中，τ_ij(t)表示在t時刻從位置i到j的信息素，α表示的是信息素啟發因子，η_ij(t)表示節點i和j的啟發式函數、η_is(t)表示節點i和s的啟發式函數,β表示期望啟發因子，J_k(i)表示第k只螞蟻從位置i到可行路徑點的集合，τ_is(t)表示在t時刻從位置i到s的信息素；[allow_ij(t)]^φ表示螞蟻從節點i到節點j可行節點的個數，[allow_is(t)]^φ表示螞蟻從節點i到節點s可行節點的個數。

優選地，所述S4中，更新規則具體如下：