StePk=狂ikm?-XikmJ/D,已知捜索步長(zhǎng) t stepa后,基于St巧a*basicStePk自適應(yīng)調(diào)整捜索步長(zhǎng),避免由于捜索越界降低算法的收斂 速度,當(dāng)競(jìng)選狼的捜索次數(shù)大于最大捜索次數(shù)max化或者捜索到的位置不如當(dāng)前位置時(shí), 則競(jìng)選狼的捜索行為結(jié)束; (4. 3)頭狼召喚:選取最優(yōu)的競(jìng)選探狼作為頭狼,頭狼通過(guò)召喚行為,使得猛狼向頭 狼位置移動(dòng),第i狼在k維的當(dāng)前的位置為Xik,頭狼的位置為Xik,頭狼與猛狼的距離為
按照Z(yǔ)ik=X化甘and*stepb*basicStePk*狂ik-Xik) /化對(duì)狼群位置進(jìn) 行更新,第i個(gè)匹狼更新后的位置為Zi狂11,Zi2,Zik.....ZiK),:根據(jù)捜索空間的不同,基于移 動(dòng)步長(zhǎng)stepb自適應(yīng)調(diào)節(jié)移動(dòng)步長(zhǎng),如果Zi優(yōu)于當(dāng)前狼所在的位置,那么將Zi作為當(dāng)前的 位置,否則不進(jìn)行捜索移動(dòng); (4. 4)圍攻行為;在已知包圍步長(zhǎng)的最大值與最小值ra。。,和rami。,W及maxt為最大 迭代次數(shù)后,自適應(yīng)包圍步長(zhǎng)
可得圍攻后狼群的更新位置Lik =X化+(rand+l)/2*(Xik-X化)*ra(t)tG(I'maxt); (4. 5)對(duì)頭狼位置進(jìn)行更新:去除狼群中最差的m匹狼,同時(shí)通過(guò)步驟(4. 1)競(jìng)選頭狼 中游走行為隨機(jī)產(chǎn)生m匹狼; (4. 6) -次迭代結(jié)束,判斷是否達(dá)到優(yōu)化精度要求W及最大迭代次數(shù),是否滿足限制條 件,若達(dá)到則輸出頭狼的位置,即為最優(yōu)船舶避碰路徑;否則,跳轉(zhuǎn)到步驟(4. 1)直到滿足 終止條件,輸出最優(yōu)解; (5)我船完成此次避碰航行過(guò)程,復(fù)航到原有航向,繼續(xù)航行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種狼群捜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法,其特征在于: 所述步驟(1)中船舶避碰仿真試驗(yàn)界面的建立,在基于VS2010的VC++9.0環(huán)境下的開(kāi)發(fā)避 碰仿真試驗(yàn)界面,界面中顯示W(wǎng)下的信息: (1.1)初始信息輸入:船舶初始狀態(tài)信息的設(shè)置,主要完成我船和目標(biāo)船航向炬)、航 速(V)、精度(X)、紳度(y)的設(shè)置; (1.。船舶碰撞分析基于我船和目標(biāo)船的初始信息,計(jì)算并顯示DCPA、TCPA、D值,判 斷當(dāng)前CRI,W及實(shí)時(shí)CRI,并記錄直航的時(shí)間; (1. 3)船舶自動(dòng)避碰動(dòng)態(tài)演不;通過(guò)VoidC化ipCrashDlg: :0址nClickedRoute化awQ類(lèi)函數(shù)在設(shè)計(jì)界面上顯示船舶避碰優(yōu)化路徑; (1.4)船舶自動(dòng)避碰退出;通過(guò)voidC化ip化ashDlg::化化Clicke祀xit()類(lèi)函數(shù)退 出避碰仿真系統(tǒng)平臺(tái)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種狼群捜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法,其特征在于: 所述步驟(1)中,我船初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)為;V= 8,B= 0°,(X,y)坐標(biāo)為(0, 0);目標(biāo)船的初 始運(yùn)動(dòng)參數(shù)為V= 12,B= 300°,坐標(biāo)為(X,y)坐標(biāo)為化,0)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種狼群捜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法,其特征在于: 所述步驟(3)中,船舶避碰運(yùn)動(dòng)過(guò)程建模,模型中的參數(shù)的設(shè)置表示含義為: (3. 1)P代表節(jié)點(diǎn),P。,P。,Pb,Pe分別代表初始節(jié)點(diǎn),避碰轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn),復(fù)航節(jié)點(diǎn),回到原航 線時(shí)的點(diǎn); (3.。t代表時(shí)間,ts,ta,tb分別代表航行經(jīng)過(guò)P化,PaPb,PbPc行程所用的時(shí)間,分別成為 直行時(shí)間,避碰時(shí)間,復(fù)航時(shí)間; (3.3)Ang,AC。,ACb都是角度,用與Y軸的夾角表示,逆時(shí)針為正方向,S個(gè)角度分別 代表本船初始航行方向,避碰時(shí)的角度,復(fù)航時(shí)的角度; (3. 4)S代表的是行程,S。,Sb,S"w。分別代表避碰過(guò)程走過(guò)的路程,復(fù)航過(guò)程走過(guò)的路 程,在繞行時(shí)間內(nèi)若不避碰本應(yīng)走過(guò)的路程,分別是線段PaPb,PbP。,P。?。,各個(gè)參量之間存在 如下關(guān)系
復(fù)航結(jié)束時(shí),將要回到原來(lái)航線上時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小為e;復(fù)航時(shí)刻轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小 為0 ;避碰時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小為;且存在的關(guān)系為:0 =e+iK根據(jù)S角形正弦定理, 化及Sa=U〇Xt。,U。為初始航速,則有;
所W可W計(jì)算出或,5。,恤:
o
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種狼群捜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法,其特征在于: 所述步驟(3)中目標(biāo)函數(shù)的建立,具體的目標(biāo)函數(shù)的建立過(guò)程W及約束條件為: 5二miniaiM+a^A的,加權(quán)系數(shù)曰i+a2= 1,且曰 1> 0,曰 2> 0,AS=Sa+Sb-Sc 為避碰而多航行的路程,A口 =A灼+A巧2+A巧是在避碰過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)的角度,轉(zhuǎn)向角度 為A約=AC〇-WJg,復(fù)航末端回到原始航線的轉(zhuǎn)向角度為A巧復(fù)航角為 A巧=AQ - AQ,且要滿足IA灼I<M4X_ Z. =1,2,3, 目標(biāo)函數(shù)要滿足如下的4個(gè)約束條件: (3. 1)在路段口沁。,口?;?,口6口。和回到原始航線繼續(xù)往前時(shí),與目標(biāo)船的最近距離分別定 義為r,,r。,rb,r。,要保證安全則每段行程與目標(biāo)船的最近距離都要大于安全距離D,。,。,即: DS址eX = S,a,b,C ; (3. 2)A口大于0代表在原來(lái)的基礎(chǔ)上逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),小于0則反之,避碰過(guò)程中,滿足A約*A斬< 0 ; (3.如設(shè)是本船在沿著初始路線航行時(shí),本船與目標(biāo)船達(dá)到最小距離的時(shí)刻, 即有;〇<ts<tcollision; (3. 4)對(duì)于避碰階段航行的時(shí)間ta,ts+ta> 3*t。。山加。。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種狼群捜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法,其特征在于: 所述步驟(4. 1)中初始化改進(jìn)狼群捜索算法參數(shù);狼群數(shù)量為30,捜索的維數(shù)為4,每一維 的避碰參數(shù)被限定了取值范圍: t曰G(O'TCPA),Ac〇G(ang-MAX_ANG,ang+MAX_ANG),taG(〇,3*TCPA),AcbG(ang-2*MAX_ANG,ang+2*MAX_ANG); 其中,MX_ANG最大的偏轉(zhuǎn)角度,捜索方向?yàn)?,可得捜索的單位方向矢量為{{1,0,0, 0},{-1,0, 0, 0},{0, -1,0, 0},{0, 1,0, 0},{0, 0, 1,0},{0, 0, -1,0},{0, 0, 0, 1},{0, 0, 〇,-1}},最大迭代次數(shù)1000,競(jìng)爭(zhēng)狼的數(shù)量為((int)0.4*wol化um),其中,int為取整操 作,最大的捜索次數(shù)是20,包圍步長(zhǎng)的最大和最小值為0. 9和0. 4,最大的包圍次數(shù)20, 淘汰的最差狼的個(gè)數(shù)為((int)O. 3*wolfNum),設(shè)置最小的改近量為0. 000001,設(shè)置最 大的沒(méi)有改進(jìn)的次數(shù)為20,且安全距離為1. 0,基本basicStepLen的設(shè)定過(guò)程為:初始 設(shè)置為basicStepLen=1,先通過(guò)解空間在各個(gè)維度上下限求出解空間的大小Ve索= 24* (TCPA)2*(MAX_ANG)2,除W狼數(shù)目求出每只狼占有的空間大小為V每個(gè);g=Vit索/n,在求每
【專利摘要】本發(fā)明屬于船舶自動(dòng)避碰路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域,主要涉及一種狼群搜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法。本發(fā)明包括:建立船舶仿真試驗(yàn)所需的仿真界面,并確定用于避碰的船舶參數(shù);確定船舶會(huì)遇態(tài)勢(shì)以及碰撞危險(xiǎn)度分析:采用兩船交叉的會(huì)遇態(tài)勢(shì),做出我船和目標(biāo)船的碰撞危險(xiǎn)度分析其中UtT為基于時(shí)間碰撞危險(xiǎn)度、UdT為空間碰撞危險(xiǎn)度且只有當(dāng)UtT和UdT全不為零的情況下才存在船舶碰撞危險(xiǎn)。本發(fā)明避免狼群算法在游走、移動(dòng)、包圍過(guò)程由于超出搜索空間而產(chǎn)生越界,從而導(dǎo)致收斂速度的降低的缺點(diǎn),并將改進(jìn)后算法應(yīng)用于船舶自動(dòng)避碰路徑規(guī)劃中,通過(guò)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)模型的建立、目標(biāo)函數(shù)的生成,產(chǎn)生一種狼群搜索算法優(yōu)化的船舶自動(dòng)避碰方法。
【IPC分類(lèi)】G06N3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104794526
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510242591
【發(fā)明人】劉洪丹, 劉勝, 馬曉光, 張?zhí)m勇, 李冰, 王宇超, 賈云璐
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年5月13日