【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無人機路徑規劃，具體涉及一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法。
技術介紹
1、近年來，隨著精準農業的發展，用于植保的無人機引起了廣泛關注。無人機可以垂直起降，操作簡單，機動性高，不受地形限，為航空植保技術的發展提供了新的方向。
2、覆蓋路徑規劃問題(coverage?path?planning,cpp)是無人機中的一個運動規劃子問題，目的是為無人機建立一條路徑，探索給定場景中的所有位置。路徑規劃是一個組合優化問題，基于已知環境和作業信息，根據多種約束規劃條件合理規劃移動路線。在農田環境的路徑規劃研究中，不僅要考慮作業區域的影響，還要結合無人機的飛行特點，規劃出適合田塊無人機植保的作業路線。
3、啟發式算法具有強大的全局搜索能力，通過模擬生物群體的行為特征或者事物發展的結構特征來設計迭代方程，它們適合求解復雜的多目標優化問題。對于粒子群算法、蟻群算法、遺傳算法等群集智能算法作為智能有效的規劃算法，在機器人路徑規劃領域得到廣泛應用，但面對復雜的無人機飛行環境時，需要考慮安全性、快速性等多種因素，需要對上述算法進行改進，使得其很好的適用多目標無人機路徑規劃。
4、因此需改進現有路徑規劃算法，開展多目標無人機的路徑規劃方法研究。
技術實現思路
1、為解決現有技術中多保無人機在噴灑農藥過程中無效路徑長，任務均衡性差等問題，提供一種基于多目標改進蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，包括：
2、建立多無人機協同路徑
3、初始化改進蟻群算法參數，將螞蟻置于隨機選擇的起點位置；
4、利用所述改進蟻群算法得到多無人機最優路徑集合，采用模糊決策找出滿足多個目標的最優路徑。
5、所述改進蟻群算法包括，構建考慮距離啟發信息和信息素啟發信息的轉移概率函數，表達式如下：
6、
7、式中，α為信息素啟發因子；β為期望度啟發因子；表示第m個蟻群中螞蟻k可達節點集合；和分別為第m個蟻群第t次迭代路徑{i,j}上的信息素數值和第m個蟻群中螞蟻k路線上總路徑長度的倒數；
8、優選的，所述的改進蟻群算法還包括，所述螞蟻每選定一個新的路徑點時，更新所述路徑點上的信息素，更新規則如下：
9、
10、
11、式中，m表示序值為1螞蟻數量，τij表示螞蟻在路徑(i,j)上信息素濃度，表第k只螞蟻留在路徑(i,j)上信息素增量，ρ為信息素揮發系數，q為信息素常量，lk表示第k只螞蟻轉移路徑長度，tk表示第k個螞蟻的任務均衡性。
12、采用非支配排序多求得多個目標進行排序，找出序值為1的路徑進行信息素更新，將每次迭代序值為1的結果進行保存，迭代完成將所有序值為1的結果進行非支配排序，找出最優pareto解集；
13、采用模糊決策從最優pareto解集中找出最優路徑，模糊決策方法如下：定義pareto前沿中第i個非支配解的第j個目標函數fi的模糊系數為：
14、
15、式中，fimax和fimin分別是所找到的pareto前沿的第j個目標函數的最大值與最小值；
16、對每一個非支配解而言，其模糊系數μi的計算為：
17、
18、式中，m為pareto解集中解的個數，取μi獲得最大值對應的路徑為模糊解，即
19、
20、經上述的技術方案可知，本專利技術公開提供了一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，本專利技術考慮多無人機的路徑規劃特點，通過改進轉移概率計算、信息素更新等方法，優化螞蟻路徑選擇，從而使螞蟻選的下一個移動節點實現多目標優化；
21、采用非支配排序選擇多目標優化的最優pareto解集，通過設計模糊決策規則在最優pareto解集中選擇最優路徑。
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1.一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述轉移概率計算如下式獲得：
3.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述多信息素聚合方法如下：采用權重相加的方法對多個信息素的值進行處理：
4.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述非支配排序方法如下：如果迭代次數p產生的結果至少有一個目標比迭代次數q產生的結果好，而且迭代次數p產生的所有目標都不比迭代次數q產生的所有目標差，那么稱迭代次數p的結果支配迭代次數q的結果。如果p支配q，那么p的序值比q低，如果p和q互不支配，那么稱p和q有相同的序值，將序值為1的結果進行保留，進行信息素的更新。
5.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述改進蟻群算法還包括，所述螞蟻每選定一個新路徑點時，更新所述航路點上的信息
6.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述模糊決策方法如下：定義Pareto前沿中第i個非支配解的第j個目標函數fi的模糊系數為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述轉移概率計算如下式獲得：
3.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述多信息素聚合方法如下：采用權重相加的方法對多個信息素的值進行處理：
4.根據權利要求1所述一種基于改進多目標蟻群算法的多無人機全覆蓋路徑規劃方法，其特征在于，所述非支配排序方法如下：如果迭代次數p產生的結果至少有一個目標比迭代次數q產生的結果好，而且迭代次數p產生的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳志堅，徐止政，王子奕，田富政，陳寒，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：
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