一種基于和聲搜索算法的水下潛器路徑規(guī)劃系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種路徑規(guī)劃方法，特別設(shè)及一種基于和聲捜索算法的水下潛器 路徑規(guī)劃系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 路徑規(guī)劃問題由來已久，在機(jī)器人領(lǐng)域和飛行器的研究中都有應(yīng)用，路徑規(guī)劃又 可W分為全局路徑規(guī)劃(靜態(tài)路徑規(guī)劃)和局部路徑規(guī)劃(動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃)兩種。全局路徑規(guī) 劃是根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)在外界環(huán)境都已知的情況下，按照一定的準(zhǔn)則規(guī)劃出一條從起始點(diǎn)到目 標(biāo)點(diǎn)的無(wú)碰撞路徑的過程，而局部路徑規(guī)劃是W全局路徑規(guī)劃的結(jié)果為指導(dǎo)，在其基礎(chǔ)上 利用外部傳感器接收的局部信息，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)避開周圍原先未知的障礙，產(chǎn)生新 路徑的過程。由此可W看出不管是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)的路徑規(guī)劃都要依賴于全局的路徑規(guī)劃結(jié) 果。水下潛器的突防路徑規(guī)劃屬于全局路徑規(guī)劃的一種，只不過在考慮避碰的同時(shí)還要兼 顧路徑的暴露代價(jià)。
[0003] 目前對(duì)于全局的路徑規(guī)劃問題已經(jīng)有很多種解決方案，如:人工勢(shì)場(chǎng)法、通視圖法 等傳統(tǒng)算法，近些年隨著優(yōu)化算法的發(fā)展，特別是智能優(yōu)化算法的興起，極大地推動(dòng)了路徑 規(guī)劃方法的發(fā)展，遺傳算法化日11日1:;[。41肖01'；[1:11111)、蟻群算法(4]1扣〇1〇]1741肖〇1'；[1:11111)^及粒 子群算法(ParticleSwarm化timizers)都已經(jīng)應(yīng)用到了路徑規(guī)劃之中。相比于傳統(tǒng)的路徑 規(guī)劃算法，智能算法具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如，傳統(tǒng)的人工勢(shì)場(chǎng)法對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)的建立比較 困難，當(dāng)人工勢(shì)場(chǎng)建的不合理時(shí)算法容易陷入局部最優(yōu)解，而遺傳算法和蟻群算法就不存 在運(yùn)些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于和聲捜索算法的水下潛器路徑規(guī)劃方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的： 一種基于和聲捜索算法的水下潛器路徑規(guī)劃方法，包括W下步驟： (l)Stepl.初始化參數(shù)，并離散化空間。在初始化時(shí)除了要將HS算法的參數(shù)初始化W 夕h還要初始化幾個(gè)參數(shù)，即每條路徑的自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)a、每段路徑插入的用于評(píng)價(jià)路徑代 價(jià)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)兩個(gè)調(diào)節(jié)權(quán)重?和?k。當(dāng)參數(shù)初始化完成之后，就可W將空間的一個(gè)維度 進(jìn)行劃分，具體的劃分的程度與自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)有關(guān)。
[0006] (2)step2.初始化和聲記憶庫(kù)。每條路徑就表示一個(gè)和聲向量，路徑的每個(gè)自由節(jié) 點(diǎn)就表示一個(gè)音調(diào)，和聲記憶庫(kù)就是由在突防空間中隨機(jī)生成的HMS條路徑構(gòu)成的。
[0007] (3)step3.生成一條新路徑:按新和聲生成的Ξ種方式生成一條新的路徑。對(duì)于一 個(gè)Ξ維空間的路徑規(guī)劃問題，如果按上述方法將正軸離散化，那么每個(gè)自由節(jié)點(diǎn)就可W由 坐標(biāo)值和2坐標(biāo)值(深度值)來固定，在音調(diào)微調(diào)時(shí)就要分別考慮3^ 2兩個(gè)方向的微調(diào)步長(zhǎng) 和&1?。例如對(duì)于第?個(gè)自由節(jié)點(diǎn)（在第i個(gè)劃分的平面內(nèi)），其r軸坐標(biāo)是固定的，只對(duì)其 爪E坐標(biāo)微調(diào)，假如其坐標(biāo)為鮮，A，對(duì)，那么經(jīng)過微調(diào)此點(diǎn)應(yīng)位于區(qū)域(巧，A句，其中
[000引（4)Step4.更新和聲記憶庫(kù):采用式(4-3)所示的評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)新生成的路徑進(jìn)行評(píng) 價(jià)，如果新路徑比和聲記憶庫(kù)中最差的路徑要好，那么就用新路徑替換最差路徑，否則舍棄 新路徑。
[0009] 巧)steps.判斷是否滿足結(jié)束條件，結(jié)束條件一般設(shè)為一個(gè)固定的循環(huán)次數(shù)，當(dāng)?shù)?達(dá)此循環(huán)次數(shù)時(shí)，算法結(jié)束，輸出最優(yōu)路徑，否則返回Step3繼續(xù)執(zhí)行。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果： (1)本發(fā)明應(yīng)用的和聲捜索算法受到協(xié)同進(jìn)化算法的啟發(fā)，將協(xié)同進(jìn)化思想引入到HS 算法之中，提出了協(xié)作和聲捜索算法(C服）。通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，CHS算法相比于 原算法，在收斂精度和收斂速度上有了很大的提局，而且相對(duì)SGA和PS0算法而旨，CHS算法 能最大程度的避免早熟收斂問題。
[0011] (2)通過對(duì)采用CHS算法、HS算法、遺傳算法和粒子群算法在簡(jiǎn)單和復(fù)雜兩種環(huán)境 下進(jìn)行了路徑規(guī)劃的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了 CHS算法在路徑規(guī)劃上的可行性和適用性， 同時(shí)與遺傳算法和粒子群算法相比，CHS算法計(jì)算出的路徑代價(jià)較小，而且路徑也更為平 滑。
【附圖說明】
[0012] 圖1為基于服算法的路徑規(guī)劃方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述： 結(jié)合圖1，圖1為基于HS算法的路徑規(guī)劃方法流程圖。一種基于和聲捜索算法的水下潛 器路徑規(guī)劃方法，包括W下步驟： (l)Stepl.初始化參數(shù)，并離散化空間。在初始化時(shí)除了要將HS算法的參數(shù)初始化W 夕h還要初始化幾個(gè)參數(shù)，即每條路徑的自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)》、每段路徑插入的用于評(píng)價(jià)路徑代 價(jià)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)m、兩個(gè)調(diào)節(jié)權(quán)重?和嗎。當(dāng)參數(shù)初始化完成之后，就可W將空間的一個(gè)維度 進(jìn)行劃分，具體的劃分的程度與自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)有關(guān)。
[0014] (2)Step2.初始化和聲記憶庫(kù)。每條路徑就表示一個(gè)和聲向量，路徑的每個(gè)自由節(jié) 點(diǎn)就表示一個(gè)音調(diào)，和聲記憶庫(kù)就是由在突防空間中隨機(jī)生成的HMS條路徑構(gòu)成的。
[0015] (3)Step3.生成一條新路徑:按新和聲生成的Ξ種方式生成一條新的路徑。對(duì)于一 個(gè)Ξ維空間的路徑規(guī)劃問題，如果按上述方法將X軸離散化，那么每個(gè)自由節(jié)點(diǎn)就可W由.y 坐標(biāo)值和Z坐標(biāo)值(深度值)來固定，在音調(diào)微調(diào)時(shí)就要分別考慮 y·: Z兩個(gè)方向的微調(diào)步長(zhǎng) 韓P*?。。例如對(duì)于第f個(gè)自由節(jié)點(diǎn)(在第?個(gè)劃分的平面內(nèi)），其X軸坐標(biāo)是固定的，只對(duì)其 來Z坐標(biāo)微調(diào)，假如其坐標(biāo)為轉(zhuǎn)*恥礎(chǔ)，那么經(jīng)過微調(diào)此點(diǎn)應(yīng)位于區(qū)域耗，化句，其中 A - < y < A + &?^，馬空五蘭與牛&?1。
[0016] (4)Step4.更新和聲記憶庫(kù):采用式(4-3)所示的評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)新生成的路徑進(jìn)行評(píng) 價(jià)，如果新路徑比和聲記憶庫(kù)中最差的路徑要好，那么就用新路徑替換最差路徑，否則舍棄 新路徑。
[0017] 巧)steps.判斷是否滿足結(jié)束條件，結(jié)束條件一般設(shè)為一個(gè)固定的循環(huán)次數(shù)，當(dāng)?shù)?達(dá)此循環(huán)次數(shù)時(shí)，算法結(jié)束，輸出最優(yōu)路徑，否則返回Step3繼續(xù)執(zhí)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于和聲搜索算法的水下潛器路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于:包括以下步驟： (1) Stepl.初始化參數(shù)，并離散化空間：在初始化時(shí)除了要將HS算法的參數(shù)初始化以 外，還要初始化幾個(gè)參數(shù)，即每條路徑的自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)B、每段路徑插入的用于評(píng)價(jià)路徑代 價(jià)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)*?、兩個(gè)調(diào)節(jié)權(quán)重?和叫；當(dāng)參數(shù)初始化完成之后，就可以將空間的一個(gè)維度 進(jìn)行劃分，具體的劃分的程度與自由節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)有關(guān)； (2) Step2.初始化和聲記憶庫(kù):每條路徑就表示一個(gè)和聲向量，路徑的每個(gè)自由節(jié)點(diǎn)就 表示一個(gè)音調(diào)，和聲記憶庫(kù)就是由在突防空間中隨機(jī)生成的HMS條路徑構(gòu)成的； (3) Step3.生成一條新路徑：按新和聲生成的三種方式生成一條新的路徑;對(duì)于一個(gè)三 維空間的路徑規(guī)劃問題，如果按上述方法將?軸離散化，那么每個(gè)自由節(jié)點(diǎn)就可以由少坐標(biāo) 值和z坐標(biāo)值/深度值來固定，在音調(diào)微調(diào)時(shí)就要分別考慮，z兩個(gè)方向的微調(diào)步長(zhǎng)&%和 例如對(duì)于第?個(gè)自由節(jié)點(diǎn)，在第?個(gè)劃分的平面內(nèi)，其?軸坐標(biāo)是固定的，只對(duì)其界z坐 標(biāo)微調(diào)，假如其坐標(biāo)為（年那么經(jīng)過微調(diào)此點(diǎn)應(yīng)位于區(qū)域，其中(4) Step4.更新和聲記憶庫(kù):采用式4-3所示的評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)新生成的路徑進(jìn)行評(píng)價(jià)，如 果新路徑比和聲記憶庫(kù)中最差的路徑要好，那么就用新路徑替換最差路徑，否則舍棄新路 徑； (5) Step5.判斷是否滿足結(jié)束條件，結(jié)束條件一般設(shè)為一個(gè)固定的循環(huán)次數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此 循環(huán)次數(shù)時(shí)，算法結(jié)束，輸出最優(yōu)路徑，否則返回Step3繼續(xù)執(zhí)行。
【專利摘要】<b>一種基于和聲搜索算法的水下潛器路徑規(guī)劃系統(tǒng)，主要有以下幾個(gè)步驟：S1初始化參數(shù)，對(duì)空間進(jìn)行離散化處理；S2初始化和聲記憶庫(kù)；S3生成一條新的路徑；S4更新和聲記憶庫(kù)；S5判斷是否滿足結(jié)束條件，如果滿足就結(jié)束，并輸出最優(yōu)路徑，否則返回Step3繼續(xù)。本發(fā)明將協(xié)同進(jìn)化思想引入到HS算法之中，提出了協(xié)作和聲搜索算法（CHS）。通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，CHS算法相比于原算法，在收斂精度和收斂速度上有了很大的提高，而且相對(duì)SGA和PSO算法而言，CHS算法能最大程度的避免早熟收斂的問題。</b>
【IPC分類】G06Q10/04
【公開號(hào)】CN105631540
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510988322
【發(fā)明人】王樹鑫
【申請(qǐng)人】哈爾濱米米米業(yè)科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日