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专利号: 2020102413042
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于天牛群搜索算法的三维路径规划方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:步骤1、读取地图数据,使用几何面片连接均匀离散的地图信息数据点描述三维地图场景,生成并绘制模拟真实地形的三维平面;

步骤2、将步骤1)中读取的三维地图场景点投影到二维网格面,并将该网格面上的点进行一维编号,给予每个网格点独立的数字标示,并计算保存每个网格点的邻接点;

步骤3、将步骤2)中的编号点进行邻接点连接,生成从终点到起点的不同路径;

步骤4、将步骤3)中的路径运用天牛群算法模型进行优化求解,计算路径长度时考虑高度信息,对不连续路径进行处理,将不连续的路径变成邻接点依次联通的连续路径,求解出最优的路径长度值所对应的路径,并使用plot函数在地形上进行路径图像绘制;

在BSO算法中,首先,位置更新时,按照PSO和BAS的方式各自更新后加权得到新的位置;

也就是,利用了BAS的触须方向和步长,同时也利用了粒子的速度:其中, 表明粒子s在k+1次迭代时的位置; 表明粒子每一只天牛的速度乘以权重;控制λ的大小即可控制在天牛群算法中,粒子群算法和天牛须算法影响的比重, 为天牛沿速度方向位移的一个增量,来源于天牛须算法的思路;使用以下公式更新速度项:k

其中c1与c2是学习因子常量,r1与r2是[0,1]之间的随机变量,Pis代表个体最优位置,kPgs代表全局最优位置;

每一次迭代位移的增量近一步表示为:

k

其中δ表示每一次的行进步长,f(·)表示适应度函数;

其中 与 是天牛左右触须探测到的位置,表示为:

其中d表示天牛触须长度;

步骤5、将步骤4)的结果传递给无人车,控制无人车进行三维平面上的导航移动。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,所读取的地图数据模型为三维散点数据,使用x坐标值,y坐标值,z坐标值描述该地图数据。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,使用三维面片连接各个散点绘制基本地图信息。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,以不同的一维编号值来描述三维地图信息,并使用该一维编号值规划描述无人车的三维行走线路;其具体编号方法为numi=(xi‑1)*col+yi;其中numi代表该点的编号值;xi代表该点的x轴坐标,yi代表该点的y轴坐标,col表示地图二维矩阵的列数。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,一个点的邻接点为以该点为中心,东,南,西,北,东北,东南,西北,西南8个方向单位长度上的点,该8个点为下个路径的待选点,将单位长度设置成无人车的每次可移动路径范围,将起点设为路径的第一个值,随后随机依次选取每个点的邻接点成为其前进方向的路径点。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤4)中,所述的建立算法模型具体方法为:最小化:δ=δmin其中,δ的计算方式为:

约束条件:

xmin≤xi≤xmax

ymin≤yi≤ymax

zi=zmap

其中,δ为优化后的路径长度,δmin为总的运动长度,xi,yi,zi是优化后的各个路径点取值,i为每段时间间隔,δi表示在i时间间隔所经过的路径长度;不等式约束代表了路径的轨迹约束范围,其中xmin,xmax表示路径点的x轴取值范围,其中ymin,ymax表示路径点的y轴取值范围,其中zmap表示路径点的z轴取值。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤4)中将不连续的路径变成邻接点依次联通的连续路径,具体为:运用BSO算法求解,并且在求解时进行不同的路径序列交换,判断路径是否是联通路径,如果联通计算该路径的路径长度,不联通则重新处理该条路径;经过一定次数的迭代后,选取一条最短路径。