一种无人艇路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种无人艇路径规划方法，读入电子海图，采用栅格法对无人艇作业区域进行环境建模，确定作业区域、确定栅格分辨率以及提取碍航区；根据确定的作业区域、栅格分辨率以及碍航区，采用基于基本智能水滴算法进行全局路径规划，生成全局最优路径；输出全局最优路径。在此基础上，采用改进的智能水滴算法求解水面无人艇路径规划问题，提出了路径交叉机制，提高了算法的收敛速度，增加了路径解集的多样性，避免算法陷入局部最优进而导致搜索停滞。本发明专利技术所提基于改进智能水滴算法的水面无人艇路径规划方法能较好地解决无人艇路径规划问题，满足无人艇的作业需求。

A path planning method of unmanned boat

【技术实现步骤摘要】
一种无人艇路径规划方法
本专利技术涉及一种无人艇路径规划方法，属于水面无人艇路径规划

技术介绍
随着国家对海洋资源利用开发和国家海洋安全保障的重视，水面无人艇作为海洋开发和海上战争的重要战略武器，发挥了越来越重要的作用。目前无人艇面临的最大挑战是实现安全导航，尤其是避免海上的碰撞。航线自动规划技术是无人艇控制系统的重要组成部分，在一定程度上代表着无人艇智能化，自动化程度的高低。由于海洋环境十分复杂，包含岛礁，沉船等多种静态障碍物，需要规划者有丰富的航海知识，经过反复推敲设计，才能确定航线。因此，快速高效规划出一条安全，经济，平滑的无人艇航线具有十分重要的意义。传统的路径规划算法主要有：神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等。神经网络法需要大量的训练数据，算法收敛慢，搜索能力不高；蚁群算法具有搜索时间长，容易陷入局部最优的缺点；遗传算法有计算速度慢，容易过早收敛等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种无人艇路径规划方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人艇路径规划方法，其特征在于，/n读入电子海图，采用栅格法对无人艇作业区域进行环境建模，确定作业区域、确定栅格分辨率以及提取碍航区；/n根据确定的作业区域、栅格分辨率以及碍航区，采用基于改进智能水滴算法进行全局路径规划，生成全局最优路径T

【技术特征摘要】
1.一种无人艇路径规划方法，其特征在于，
读入电子海图，采用栅格法对无人艇作业区域进行环境建模，确定作业区域、确定栅格分辨率以及提取碍航区；
根据确定的作业区域、栅格分辨率以及碍航区，采用基于改进智能水滴算法进行全局路径规划，生成全局最优路径TB；
输出全局最优路径TB。


2.根据权利要求1所述的无人艇路径规划方法，其特征在于，所述读入电子海图，采用栅格法对无人艇作业区域进行环境建模，确定作业区域、确定栅格分辨率以及提取碍航区的过程为：
2a)读入电子海图，确定无人艇作业区域，根据无人艇的起始点S和目标点G，将无人艇的作业区域构建成笛卡尔直角坐标系S-XY,其中原点为起始点S,起点S的纬度方向为X轴正方向，经度方向为Y轴方向；
2b)基于电子海图提取碍航区，包括安全等深线内部的陆地、岛礁、浮标、暗礁、沉船、海水养殖场、障碍物这些碍航物，以上物标组成碍航区。采用墨卡托投影变换将碍航区投影到直角坐标系S-XY；
2c)将无人艇作业区域栅格化，在步骤2a)构建的坐标系中，对无人艇的作业区域进行灰度化和二值化处理，得到存储栅格地图的二维数组，并记录障碍物列表Vobstacle,每个栅格的尺寸为L＝v·Δt，其中v为无人艇的航行速度，Δt为无人艇实时运动规划周期，每个栅格中心都能够用唯一序号No和坐标(xNo,yNo)标识。
3d)确定无人艇在栅格地图中的行走规则。


3.根据权利要求1所述的无人艇路径规划方法，其特征在于，所述采用基于改进智能水滴算法进行全局路径规划，生成全局最优路径TB的过程为：
3a)初始化静态参数，包括水滴数量NIWD，速度变化量系数av,bv,cv，泥沙变化量系数as,bs,cs，水滴初始速度initVel，水滴初始泥沙量initSoil，任意两个栅格间的泥沙量soil(i,j)＝initPathSoil，迭代代数NIter，全局最优路径TB；
3b)初始化化动态参数，设置每个水滴的初始速度为水滴初始速度initVel，每个水滴的泥沙含量为初始泥沙量initSoil，每个水滴的栅格访问列表Vc(IWD)＝{}；
3c)将每一个水滴的起始点设置为起始点S，更新访问列表；
3d)每个水滴根据基于自适应启发函数的概率公式计算出每个候选栅格的概率，根据轮盘赌策略选择下一个栅格j；
3e)每个水滴从栅格i到栅格j后更新水滴的速度velIWD:



其中，velIWD(t)表示位于栅格i时的水滴的速度，velIWD(t+1)表示位于栅格j时的水滴的速度，av,bv,cv为速度变化量系数；
3f)每个水滴从栅格i到栅格j后，计算泥沙变化量Δsoil(i,j):



其中，time(i,j；velIWD)为水滴从栅格i移动到栅格j所需的时间,其公式为：



其中，εv是预先设置的避免出现分母为零的正数，||c(i)-c(j)||为栅格i与栅格j之间的距离；
3g)每个水滴从栅格i到栅格j后，更新水滴的含沙量soilIWD：
soilIWD(t+1)＝soilIWD(t)+Δsoil(i,j)(4)
其中，soilIWD(t)为位于栅格i时的水滴的含沙量，soilIWD(t+1)为位于栅格j时的水滴的含沙量；
3h)每个水滴从栅格i到栅格j后，更新栅格i到栅格j路径中泥沙量soil(i,j)：
soil(i,j)＝(1-ρ)·soil(i,j)-ρ·Δsoil(i,j)(5)
其中，ρ为路径中泥沙量更新系数；
3i)对每个水滴重复步骤(3d)到(3h)直到每个水滴到达目标点栅格为止，则本代迭代结束，根据评价函数q(path)＝length(path)选择出本代迭代的最优路径TM；
3j)对本代迭代搜索结果采用路径交叉策略；
3k)比较本代迭代最优路径的评价函数q(TM)和交叉最优路径的评价函数q(TRB)，如果q(TRB)＜q(TM)，更新迭代最优路径TM＝TRB，更新评价函数q(TM)＝q(TRB)；
3l)使用最优路径水滴的参数更新路径中的泥沙量<...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛云灿，杨启文，邱恩鹏，吴金朝，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32