一种基于免疫算法的大型缆机GPS诱导路径优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于免疫算法的大型缆机GPS诱导路径优化方法，确定缆机可行范围，在可行范围内选取两个缆机的初始路径，将初始路径信息编码成为初始种群，同时设定最大迭代次数，对初始种群进行亲和度评价，筛选出优质抗体和劣质抗体；对优质抗体和劣质抗体进行克隆操作得到克隆种群，对除优质抗体和劣质抗体之外的剩余抗体进行免疫和变异操作得到免疫种群；浓度抑制得到新种群，输出结果或重新回到评价步骤。本发明专利技术综合考虑了缆机运行的安全、效率和可操作性，使缆机在安全运行的前提下同时保证效率，并且考虑了缆机间的相互影响给出高度优化的诱导路径，既有效消除缆机间的碰撞风险，又保证施工效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及缆机运行路径优化领域，具体涉及一种基于免疫算法的大型缆机GPS 诱导路径优化方法。
技术介绍
大型缆机运行施工现场，投入了各种施工设备、呈立体交错布置，尤其是多台平移 式缆索起重机与其它设备的工作范围多有重叠现象。这些大型缆机施工设备呈立体交错式 布局，工作现场在有限的高山峡谷，形成了一个交叉重叠，相互影响的作业环境，为安全施 工埋下了各种隐患。缆机自身重量和起吊运物体的重量都较大，一旦与其它大型设备或建 筑物发生碰撞，容易造成设备损伤，甚至可能造成设备或其部件的报废及人员伤亡。同时缆 机施工一般在高空雾气较重，又考虑到在夜晚施工或阴雾天气下能见度很低等因素，这些 不利的自然环境因素将给司机的施工操作以及相应的监测和跟踪等带来很大的困难，严重 时容易产生工程事故。 利用GPS实时高精度定位技术诱导大型缆机安全高效运行，已经成为当前信息化 施工的发展趋势，但是GPS的合理诱导的前提是有一种高效智能算法来提供合理的行车线 路，以规避各种碰撞风险、提高行车效率、符合缆机司机科学操作。显然，现有的人工指挥和 信号预警方式，不仅难以有效控制此施工模式下的碰撞风险，而且容易因效率低造成工期 延误。因此，针对多台缆机同时施工工况，无法兼顾安全、效率和可操作性的问题，有必要研 究一种适应不同工况模式和各种自然环境施工的缆机路径优化方法，来保障缆机施工安全 性和高效性。
技术实现思路
： 为了克服上述
技术介绍
的缺陷，本专利技术提供一种基于免疫算法的大型缆机GPS诱 导路径优化方法，能够兼顾安全和效率的问题，并且可适应复杂工况。 为了解决上述技术问题本专利技术的所采用的技术方案为： -种基于免疫算法的大型缆机GPS诱导路径优化方法，包括： 步骤1，确定缆机可行范围； 步骤2，在可行范围内选取两个缆机的初始路径； 步骤3，将初始路径信息编码成为初始种群，同时设定最大迭代次数； 步骤4，对初始种群进行亲和度评价，筛选出优质抗体和劣质抗体； 步骤5,对优质抗体和劣质抗体进行克隆操作得到克隆种群，对除优质抗体和劣质 抗体之外的剩余抗体进行免疫和变异操作得到免疫种群； 步骤6,对克隆种群和免疫种群中的所有抗体共同浓度抑制操作，得到新种群； 步骤7,判断新种群是否收敛或当前迭代次数是否不小于最大迭代次数，若是，则 将新种群作为结果输出，若否，则将新种群作为初始种群并回到步骤4,并且将当前迭代次 数加1。 较佳地，缆机可行范围是指宽度为W、长度为S的路径范围，其中d为吊钩与障碍物 间允许的安全距离，S为缆机运行的起点到终点的长度。 较佳地，可行范围不包括灰色区域，灰色区域是指宽度与坝面相同且高度不小于 最高施工设备的水平面。 较佳地，初始路径数量小于最大种群数的50%，最大种群数为20~50。 较佳地，将初始路径信息编码成为抗体种群，包括:优化迭代次数、抗体种群容量、 免疫操作中选择抗体的个数、克隆操作中保留的抗体个数、变异程度控制参数、亲和度计算 参数、分组个数。 较佳地，步骤4对抗体种群进行亲和度评价的方法为：设定整体评价函数F = W1* f"safel+W2*f safe2+W3*f ecnomy+W^^f smooth，，D为吊钩运行过程中 与坝体、边坡之间的最小距离，d为吊钩与障碍物间允许的安全距离；，其中 llSin9和 l2sin0分别为两缆机的摆动距离，L12为两缆机吊钩的轴心距；，其中S为缆机运行总路程，L为取 料点到目标点的直线距离；'其中ΔΘ为转向过程中 转过的角度，A s为转向过程中做走弧长； W1，W2，W3，W4为由层次分析法确定的各函数权重。 较佳地，步骤4筛选优质抗体和劣质抗体的方法为:依据各抗体亲和度评价所得的 值，由高到低对抗体种群中的各个抗体进行排序，将位于前列10%以内的抗体作为优质抗 体，位于末尾10%以内的抗体作为劣质抗体，优质抗体和劣质抗体数均不小于1。 较佳地，步骤5中对优质抗体和劣质抗体进行克隆操作得到克隆种群的方法为:克 隆优质抗体，并用优质抗体替换劣质抗体。 较佳地，步骤5中对除优质抗体和劣质抗体之外的剩余抗体进行免疫和变异操作 得到免疫种群的方法包括： 免疫操作，依据步骤4所得的各个抗体的亲和度，选取最优抗体作为疫苗，为各个 剩余抗体接种疫苗； 变异操作，对经免疫的剩余抗体的至少一位基因值按照设定的变异概率做突变操 作，变异概率由人工确定。 较佳地，步骤6的具体方法包括:计算克隆种群和免疫种群中各个抗体的亲和度， 将所有抗体依据亲和度值由高到低排序，选取与初始种群个数相等的抗体作为新种群。 本专利技术的有益效果在于:设定最大种群，且初始路径按一定比例在最大种群中选 取，一方面保证路径选择的科学性，另一方面避免路径太多，本专利技术优选的20%可以避免演 示路径太多造成运算的浪费。利用免疫操作提取当前最优解为疫苗，可提高种群收敛速度， 使优化过程效率更高;克隆操作保留了当前最优解，可以有效的防止种群退化现象。整个优 化过程综合考虑了缆机运行的安全、效率和可操作性，使缆机在安全运行的前提下同时保 证效率，并且考虑了缆机间的相互影响给出高度优化的诱导路径，既有效消除缆机间的碰 撞风险，又保证施工效率。【附图说明】 图1为本专利技术实施例的流程图； 图2为本专利技术实施例的初始路径的立体图； 图3为本专利技术实施例的初始路径的侧视图； 图4为本专利技术实施例的优化后路径的立体图； 图5为本专利技术实施例的优化后路径的侧视图； 图6为本专利技术实施例收敛路径的立体图； 图7为本专利技术实施例收敛路径的侧视图； 图8为本专利技术实施例最优路径与经验路径的对比图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，一种基于免疫算法的大型缆机 GPS诱导路径优化方法，本实施例中所有的缆机位置信息均是由GPS平台系统提供的，该方 法包括： 步骤1，确定缆机可行范围； 缆机可行范围是指宽度为W、长度为S的路径范围，缆机静态障碍物(边坡、坝体)之 间的安全距离d由缆机的运行速度V和缆机的制动能力确定，V为缆机运行速度，a为 缆机的制动能力，(xi，yi，zi)(x2，y2，z2)为一个 缆机运行中选取的特定的两个点的坐标，而t为该缆机在两个点之间运行走过一次的时间。 对缆机运行的路程由每一段路径的长度求和，然后将转向时产生的一小段弧线进 行近似处理，得出总路程S。 由于大坝表面参差不齐，施工人员众多，危险因素难以判断，因此大坝表面上方一 定区域定义为灰色区域，可行范围不包括灰色区域，灰色区域是指，灰色区域是指宽度与坝 面相同且高度不小于最高施工设备的水平面。本实施例根据施工设备的高度和人员活动的 范围确定，在本文的中的灰色区域设为坝面到上方3.5m，缆机运行路径尽量不接近灰色区 域。 步骤2,在可行范围内选取两个缆机的初始路径;初始路径数量小于最大种群数的 50%，最大种群数为20~50。 过多的初始路径演示起来太复杂，因此本实施例最大种群数为30,初始路径选取 最大种群的1/5,也即按一定间隔为两个缆机分别选取6组初始路径，如图2和图3所示。 为了保证在运行过程中两缆机间空间距离尽量大，一号缆机以较大角度向下运 行；当接近坝体后为保证安全平行坝面运行，然后缓慢进入工作面。二号缆机在相对较高的 平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于免疫算法的大型缆机GPS诱导路径优化方法，其特征在于，包括：步骤1，确定缆机可行范围；步骤2，在可行范围内选取两个缆机的初始路径；步骤3，将初始路径信息编码成为初始种群，同时设定最大迭代次数；步骤4，对所述初始种群进行亲和度评价，筛选出优质抗体和劣质抗体；步骤5，对所述优质抗体和所述劣质抗体进行克隆操作得到克隆种群，对除所述优质抗体和所述劣质抗体之外的剩余抗体进行免疫和变异操作得到免疫种群；步骤6，对所述克隆种群和所述免疫种群中的所有抗体共同浓度抑制操作，得到新种群；步骤7，判断所述新种群是否收敛或当前迭代次数是否不小于最大迭代次数，若是，则将新种群作为结果输出，若否，则将新种群作为初始种群并回到所述步骤4，并且将当前迭代次数加1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，殷亚，吴彩保，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42