一种基于和声搜索算法的水下潜器路径规划系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种路径规划方法，特别设及一种基于和声捜索算法的水下潜器 路径规划系统。
【背景技术】
[0002] 路径规划问题由来已久，在机器人领域和飞行器的研究中都有应用，路径规划又 可W分为全局路径规划(静态路径规划)和局部路径规划(动态路径规划)两种。全局路径规 划是根据先验知识在外界环境都已知的情况下，按照一定的准则规划出一条从起始点到目 标点的无碰撞路径的过程，而局部路径规划是W全局路径规划的结果为指导，在其基础上 利用外部传感器接收的局部信息，在尽可能短的时间内避开周围原先未知的障碍，产生新 路径的过程。由此可W看出不管是动态还是静态的路径规划都要依赖于全局的路径规划结 果。水下潜器的突防路径规划属于全局路径规划的一种，只不过在考虑避碰的同时还要兼 顾路径的暴露代价。
[0003] 目前对于全局的路径规划问题已经有很多种解决方案，如:人工势场法、通视图法 等传统算法，近些年随着优化算法的发展，特别是智能优化算法的兴起，极大地推动了路径 规划方法的发展，遗传算法化日11日1:;[。41肖01'；[1:11111)、蚁群算法(4]1扣〇1〇]1741肖〇1'；[1:11111)^及粒 子群算法(ParticleSwarm化timizers)都已经应用到了路径规划之中。相比于传统的路径 规划算法，智能算法具有自己独特的优势，例如，传统的人工势场法对人工势场的建立比较 困难，当人工势场建的不合理时算法容易陷入局部最优解，而遗传算法和蚁群算法就不存 在运些问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于和声捜索算法的水下潜器路径规划方法。
[0005] 本发明的目的是运样实现的： 一种基于和声捜索算法的水下潜器路径规划方法，包括W下步骤： (l)Stepl.初始化参数，并离散化空间。在初始化时除了要将HS算法的参数初始化W 夕h还要初始化几个参数，即每条路径的自由节点个数a、每段路径插入的用于评价路径代 价的节点个数两个调节权重?和?k。当参数初始化完成之后，就可W将空间的一个维度 进行划分，具体的划分的程度与自由节点个数有关。
[0006] (2)step2.初始化和声记忆库。每条路径就表示一个和声向量，路径的每个自由节 点就表示一个音调，和声记忆库就是由在突防空间中随机生成的HMS条路径构成的。
[0007] (3)step3.生成一条新路径:按新和声生成的Ξ种方式生成一条新的路径。对于一 个Ξ维空间的路径规划问题，如果按上述方法将正轴离散化，那么每个自由节点就可W由 坐标值和2坐标值(深度值)来固定，在音调微调时就要分别考虑3^ 2两个方向的微调步长 和&1?。例如对于第?个自由节点（在第i个划分的平面内），其r轴坐标是固定的，只对其 爪E坐标微调，假如其坐标为鲜，A，对，那么经过微调此点应位于区域(巧，A句，其中
[000引（4)Step4.更新和声记忆库:采用式(4-3)所示的评价函数对新生成的路径进行评 价，如果新路径比和声记忆库中最差的路径要好，那么就用新路径替换最差路径，否则舍弃 新路径。
[0009] 巧)steps.判断是否满足结束条件，结束条件一般设为一个固定的循环次数，当到 达此循环次数时，算法结束，输出最优路径，否则返回Step3继续执行。
[0010] 本发明的优点和效果： (1)本发明应用的和声捜索算法受到协同进化算法的启发，将协同进化思想引入到HS 算法之中，提出了协作和声捜索算法(C服）。通过标准测试函数的测试发现，CHS算法相比于 原算法，在收敛精度和收敛速度上有了很大的提局，而且相对SGA和PS0算法而旨，CHS算法 能最大程度的避免早熟收敛问题。
[0011] (2)通过对采用CHS算法、HS算法、遗传算法和粒子群算法在简单和复杂两种环境 下进行了路径规划的仿真实验，实验结果验证了 CHS算法在路径规划上的可行性和适用性， 同时与遗传算法和粒子群算法相比，CHS算法计算出的路径代价较小，而且路径也更为平 滑。
【附图说明】
[0012] 图1为基于服算法的路径规划方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 结合图1，图1为基于HS算法的路径规划方法流程图。一种基于和声捜索算法的水下潜 器路径规划方法，包括W下步骤： (l)Stepl.初始化参数，并离散化空间。在初始化时除了要将HS算法的参数初始化W 夕h还要初始化几个参数，即每条路径的自由节点个数》、每段路径插入的用于评价路径代 价的节点个数m、两个调节权重?和吗。当参数初始化完成之后，就可W将空间的一个维度 进行划分，具体的划分的程度与自由节点个数有关。
[0014] (2)Step2.初始化和声记忆库。每条路径就表示一个和声向量，路径的每个自由节 点就表示一个音调，和声记忆库就是由在突防空间中随机生成的HMS条路径构成的。
[0015] (3)Step3.生成一条新路径:按新和声生成的Ξ种方式生成一条新的路径。对于一 个Ξ维空间的路径规划问题，如果按上述方法将X轴离散化，那么每个自由节点就可W由.y 坐标值和Z坐标值(深度值)来固定，在音调微调时就要分别考虑 y·: Z两个方向的微调步长 韩P*?。。例如对于第f个自由节点(在第?个划分的平面内），其X轴坐标是固定的，只对其 來Z坐标微调，假如其坐标为轉*恥础，那么经过微调此点应位于区域耗，化句，其中 A - < y < A + &?^，马空五兰与牛&?1。
[0016] (4)Step4.更新和声记忆库:采用式(4-3)所示的评价函数对新生成的路径进行评 价，如果新路径比和声记忆库中最差的路径要好，那么就用新路径替换最差路径，否则舍弃 新路径。
[0017] 巧)steps.判断是否满足结束条件，结束条件一般设为一个固定的循环次数，当到 达此循环次数时，算法结束，输出最优路径，否则返回Step3继续执行。
【主权项】
1. 一种基于和声搜索算法的水下潜器路径规划系统，其特征在于:包括以下步骤： (1) Stepl.初始化参数，并离散化空间：在初始化时除了要将HS算法的参数初始化以 外，还要初始化几个参数，即每条路径的自由节点个数B、每段路径插入的用于评价路径代 价的节点个数*?、两个调节权重?和叫；当参数初始化完成之后，就可以将空间的一个维度 进行划分，具体的划分的程度与自由节点个数有关； (2) Step2.初始化和声记忆库:每条路径就表示一个和声向量，路径的每个自由节点就 表示一个音调，和声记忆库就是由在突防空间中随机生成的HMS条路径构成的； (3) Step3.生成一条新路径：按新和声生成的三种方式生成一条新的路径;对于一个三 维空间的路径规划问题，如果按上述方法将?轴离散化，那么每个自由节点就可以由少坐标 值和z坐标值/深度值来固定，在音调微调时就要分别考虑，z两个方向的微调步长&%和 例如对于第?个自由节点，在第?个划分的平面内，其?轴坐标是固定的，只对其界z坐 标微调，假如其坐标为（年那么经过微调此点应位于区域，其中(4) Step4.更新和声记忆库:采用式4-3所示的评价函数对新生成的路径进行评价，如 果新路径比和声记忆库中最差的路径要好，那么就用新路径替换最差路径，否则舍弃新路 径； (5) Step5.判断是否满足结束条件，结束条件一般设为一个固定的循环次数，当到达此 循环次数时，算法结束，输出最优路径，否则返回Step3继续执行。
【专利摘要】<b>一种基于和声搜索算法的水下潜器路径规划系统，主要有以下几个步骤：S1初始化参数，对空间进行离散化处理；S2初始化和声记忆库；S3生成一条新的路径；S4更新和声记忆库；S5判断是否满足结束条件，如果满足就结束，并输出最优路径，否则返回Step3继续。本发明将协同进化思想引入到HS算法之中，提出了协作和声搜索算法（CHS）。通过标准测试函数的测试发现，CHS算法相比于原算法，在收敛精度和收敛速度上有了很大的提高，而且相对SGA和PSO算法而言，CHS算法能最大程度的避免早熟收敛的问题。</b>
【IPC分类】G06Q10/04
【公开号】CN105631540
【申请号】CN201510988322
【发明人】王树鑫
【申请人】哈尔滨米米米业科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月27日