1.一种无人船路径规划方法,其特征在于,包括:步骤S1、根据无人船和障碍物,得到海上障碍物栅格地图;
步骤S2、根据海上障碍物栅格地图的最短路径、障碍惩罚和平滑度设计路径适应度函数;
步骤S3、采用Tent-Logistic-Cosine混沌映射策略生成红尾鹰算法的初始种群,并通过适应性函数计算出初始的最优个体与最优适应度值;
步骤S4、利用高空翱翔、低空盘旋阶段和俯身冲刺阶段对种群位置进行初步更新;
步骤S5、采用混合进化策略对已有的种群位置进行更新,并通过边界条件限制确定更新后的最优解;
步骤S6、通过精确捕猎阶段更新种群,并对比更新前后的最优解与最优位置,对红尾鹰种群进行调整;
步骤S7、采用速度优化策略调整每个候选解的探索速度来更新种群位置;
步骤S8、在每个策略或阶段执行结束后,都要进行一次边界条件限制与候选解更新判断;在达到最大迭代次数后,提取最优个体与最优适应度值,得到最短路径;
步骤S2中,两点间最短路径为:
其中,N是种群数,t是当前的迭代次数,
使用惩罚公式计算出无障碍路径,
f2(t)=Ewidth·Eheight·nB将上述两个公式结合,得到路径规划所使用的适应性函数,其中,nB是路径上碰撞的障碍物,Ewidth是地图的宽度和Eheight是地图的高度,使用路径平滑度函数消除路径中多余的转折点与曲折部分,其中,fi′(s)表示路径的一阶导数,表示路径上某点的斜率,fi″(s)表示路径的二阶导数,表示路径的曲率,ω1、ω2为权重系数,用于调整路径函数中斜率和曲率的权重,M表示路径被划分成的线段总数,i表示路径中的不同线段;
步骤S6中,更新种群过程如下:
RD=randn(1,dim)
Xnewpost=Xbest+HuntingForce·RD其中,tmax为设置的最大迭代次数,t为当前迭代次数,RD表示为每个候选解生成的随机探索捕猎方向,Xnew为该策略更新后的候选解,HuntingForce是捕猎力度;
在更新过程中根据当前的迭代次数来调整捕猎力度,其中,mod为一个函数,用于计算两个数相除的余数;ifmod(t,10)=0表示计算当前迭代次数t除以10的余数为0的情况,当余数等于0时,调整一次猎捕力度,即每10次迭代调整一次捕猎力度,其他情况下保持捕猎力度不变。
2.如权利要求1所述的无人船路径规划方法,其特征在于,步骤S7中,候选解探索速度计算公式:V=ω·V+C1·r1·(Xbest-X)+C2·r2·(Xbest-X)其中,V是探索速度,ω是惯性权重,C1为个体速度更新因子,C2是群体速度更新因子,r1和r2是[0,1]之间的随机数;
位置更新公式:
Xnew=Xpos+V
其中,Xnew是更新后的候选解,Xpos是当前的候选解。
3.如权利要求2所述的无人船路径规划方法,其特征在于,步骤S8中,边界条件限制如下:如果X的值大于上界ub,则Xnew取上界ub,如果X的值在上界ub和下界lb之间,则Xnew保持X的值不变,如果X的值小于下界lb,则Xnew取下界lb,候选解更新判断:
Xnewcost=fitness(Xnewpost)其中,Xcost是当前候选解的适应度值,Xnewcost是通过策略更新得到的新候选解的适应度值,Xpost是当前候选解,Xnewpost是通过策略更新得到的新候选解。
4.一种实现权利要求1所述的无人船路径规划方法的无人船路径规划装置,其特征在于,包括:第一处理模块,用于根据无人船和障碍物,得到海上障碍物栅格地图;
第二处理模块,用于根据海上障碍物栅格地图的最短路径、障碍惩罚和平滑度设计路径适应度函数;
第三处理模块,用于采用Tent-Logistic-Cosine混沌映射策略生成红尾鹰算法的初始种群,并通过适应性函数计算出初始的最优个体与最优适应度值;
第四处理模块,用于利用高空翱翔、低空盘旋阶段和俯身冲刺阶段对种群位置进行初步更新;
第五处理模块,用于采用混合进化策略对已有的种群位置进行更新,并通过边界条件限制确定更新后的最优解;
第六处理模块,用于通过精确捕猎阶段更新种群,并对比更新前后的最优解与最优位置,对红尾鹰种群进行调整;
第七处理模块,用于采用速度优化策略调整每个候选解的探索速度来更新种群位置;
第八处理模块,用于在每个策略或阶段执行结束后,都要进行一次边界条件限制与候选解更新判断;在达到最大迭代次数后,提取最优个体与最优适应度值,得到最短路径。
5.一种无人船路径规划系统,其特征在于,包括:存储器和处理器,所述存储器上存储有由所述处理器运行的计算机程序,所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至3任意一项所述的无人船路径规划方法。
6.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序在运行时执行如权利要求1至3任意一项所述的无人船路径规划方法。