[发明专利]一种基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法

说明书

技术领域

本发明属于水下潜器三维路径规划技术领域，具体涉及一种基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法。

背景技术

AUV可广泛应用于海洋学勘测、地形地貌测量、目标搜索、海底管线检测维修等领域，AUV最大的特点即具有高度的自主性，AUV的这种自主性表现之一是具有基于环境模型的全局规划能力。水下潜器三维路径规划是给定一个运动体和一个关于环境的描述，当环境建模完成之后，水下潜器路径规划任务需满足在安全航行区域内，按一定的优化准则（如路径最短、耗时最少等）以及附加约束（如转向角、航行深度等）搜索一条从指定起点到目标点的最优路径（或次优路径）。对于传统搜索算法，三维环境带来的计算量非常巨大，导致算法规划速度显著变慢。另一方面，随着智能算法的兴起，越来越多的学者尝试用智能算法解决优化问题。由于智能算法较为灵活易于操作，在解决复杂问题时具有更好的适应性和智能性，因此很多文献把智能算法，如PSO算法、蚁群算法等应用于路径规划，收到了较好的效果。

萤火虫算法（Firefly Algorithm,FA）是由Xin-she Yang于2008年提出的一种新的生物启发算法。该算法来源于对萤火虫群体行为的简化和模拟，是一种基于群体搜索的随机优化算法。算法的核心即用萤火虫发出的绝对光强代表目标函数值，萤火虫的位置代表待解决问题的解。目前萤火虫算法还没有完备的数学理论基础，但其概念较为简单，需要调整的参数不多，易于编程实现，并且其本身没有复杂的数学操作，对计算机硬件的速度和存储要求不高。作为一种新兴的优化算法已在诸多领域展现了良好的应用前景。专利ZL201110257951.3公开了一种基于萤火虫算法的舰船路径规划新方法，该方法是一种二维航路规划方法，目前还没有文献将萤火虫算法应用于三维航路规划。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以提高算法规划速度和规划质量的基于改进萤火虫算法的AUV三维航路规划方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）对水下潜器三维路径规划进行建模和萤火虫种群初始化：

（1.1）对航行空间抽象建模：

在水下潜器三维路径规划范围内建立全局坐标系Oxyz，以起点和终点建立航行空间ABCD-EFGH，将X、Y、Z三个方向中跨度最大的方向进行等间隔划分，得到一组相互平行的平面，平面的个数与航路点的个数相同，每一个平面包含一个待求路径点，将起点、每个平面内的航路点及终点顺次连接起来得到一条路径；

（1.2）萤初始化火虫算法种群：

解空间P＝[p₁,p₂,...,p_n]∈R^m×n，其中n为萤火虫种群的规模，一只萤火虫代表一条路径，m为萤火虫解的维度，对应为路径的节点个数，令P中的每个向量p_i＝x_ji+y_jj+z_jk，其中x_j,y_j,z_j∈R^m，将pi在X、Y、Z三个方向进行初始化，设Y向为等距分割方向，则pi在Y向均匀取点，p_i在X、Z方向随机取点：