基于改進(jìn)模糊聚類并行蜻蜓算法的無人水面艇航跡規(guī)劃

門雅范，楊宗仁，陳嫄玲

（1.河南省工業(yè)和信息化廳，河南鄭州 450008；2.河南信息工程學(xué)校，河南鄭州 450008；3.鄭州輕工業(yè)大學(xué)，河南鄭州 450008）

1 引言

無人水面艇（Unmanned Surface Vessel，USV）作為一種在水面自主航行的智能化無人平臺[1]，具有靈活機(jī)動、成本低、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在海上搜救、水文監(jiān)測、情報偵察、環(huán)境監(jiān)測等軍用和民用鄰域具有廣闊應(yīng)用前景[2?3]。航跡規(guī)劃作為USV重要研究鄰域之一[4]，其目的是在風(fēng)、浪、島嶼、礁石等復(fù)雜環(huán)境中自主尋找一條安全航線。

開展USV全局航跡規(guī)劃研究具有重要意義[5]，文獻(xiàn)[6]在采用柵格法建立海洋環(huán)境模型的基礎(chǔ)上，利用A*算法對模型進(jìn)行求解，提高了航跡的安全性，但是，該方案更側(cè)重于航跡安全性，沒有充分考慮能耗、航程等因素的影響。文獻(xiàn)[4]提出了航程、能耗和安全避障評價指標(biāo)，在柵格化海洋環(huán)境中建立航跡規(guī)劃模型，并采用量子蟻群算法對模型求解，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)航跡路線求解，但是，該方案將USV定位在每個柵格中心點(diǎn)，導(dǎo)致USV只能按照折現(xiàn)航行，因此，得到的航跡航程不一定最優(yōu)，而且航跡平滑度需要進(jìn)一步改善。文獻(xiàn)[7]對傳統(tǒng)A*算法進(jìn)行改進(jìn)，將USV潛在的8個前進(jìn)方向擴(kuò)展到24個，提高了航跡平滑度，但是，很大程度地增加了算法運(yùn)算時間。研究表明，多目標(biāo)航跡規(guī)劃得到路線更貼近于實(shí)際應(yīng)用，因此，一些具有較強(qiáng)多目標(biāo)問題優(yōu)化求解能力的智能優(yōu)化算法被應(yīng)用于USV 航跡規(guī)劃中，文獻(xiàn)[8?9]利用遺傳算法，文獻(xiàn)[10?11]采用蟻群算法，都得到了不錯的規(guī)劃效果，但是智能優(yōu)化算法復(fù)雜問題收斂精度低、容易陷入局部最優(yōu)等缺陷需要進(jìn)一步研究[12]。……