融合概率地图法的改进蚁群优化算法无人水面船路径规划

1

作者 白响恩 刘迪 徐笑锋 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第2期1-8,共8页

针对传统蚁群优化(ant colony optimization,ACO)算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷,对传统ACO算法进行改进,使其适用于无人水面船(unmanned surface vehicle,USV)在复杂和真实海域环境下的全局路径规划。利用概率地图法(probab... 针对传统蚁群优化(ant colony optimization,ACO)算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷,对传统ACO算法进行改进,使其适用于无人水面船(unmanned surface vehicle,USV)在复杂和真实海域环境下的全局路径规划。利用概率地图法(probabilistic roadmap method,PRM)规划的路径作为ACO算法初始信息素分布的依据,提高算法收敛速度;设计同时考虑路径长度和方向性的启发函数,避免传统ACO算法陷入局部最优;加入转角启发函数,减少传统ACO算法拐点数;引入障碍物密度启发函数,提高传统ACO算法规划路径时感知障碍物的能力;利用三次B样条曲线对规划的路径进一步优化,提高路径的平滑性。仿真实验表明:在不同规模的栅格地图上和真实海域环境下,改进ACO算法在拐点数和迭代次数上具有明显优势,且稳定性较好。所提出的改进ACO算法在航海实际应用中具有重要意义。 展开更多

关键词 无人水面船(USV) 路径规划 蚁群优化(ACO)算法 概率地图法 真实海域

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改进PRM算法的无人机航迹规划 被引量：17

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作者 谭建豪 肖友伦 +1 位作者 刘力铭 孙敬陶 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第1期38-41,共4页

针对传统随机路标图(PRM)算法对航迹规划的自由空间进行随机采样表现出的随机性,和在狭窄通道中可能出现的航迹无解问题,提出一种改进PRM的航迹规划算法。通过将障碍物的边界点作为确定采样点,并对栅格地图的自由空间建立最优可行区域,... 针对传统随机路标图(PRM)算法对航迹规划的自由空间进行随机采样表现出的随机性,和在狭窄通道中可能出现的航迹无解问题,提出一种改进PRM的航迹规划算法。通过将障碍物的边界点作为确定采样点,并对栅格地图的自由空间建立最优可行区域,降低传统PRM算法随机采样点的分散性,使路径搜索具有明确性,以此来提高算法在时间和空间上的利用率。为验证算法的有效性,采用MATLAB仿真平台建立无人机二维和三维空间,进行航迹规划对比实验。实验结果表明:在三维空间中,改进PRM算法较传统PRM算法航迹规划时间降低2.469%至5.721%,航迹长度减少0.89%至1.54%。 展开更多

关键词 随机路标图(prm)算法 障碍物边界采样 最优可行区域 航迹规划

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基于SMT和LDOB-PRM算法的分支线缆自动布局设计方法 被引量：1

3

作者 徐金宝 刘检华 +1 位作者 刘佳顺 徐联杰 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期2099-2107,共9页

针对机电产品中的分支线缆自动布局设计与优化难题,提出一种基于最小斯坦纳生成树和改进的随机路径图算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法采用最小斯坦纳生成树算法求解带有约束的斯坦纳点,并将该点确定为分支线缆的分支点;以基本... 针对机电产品中的分支线缆自动布局设计与优化难题,提出一种基于最小斯坦纳生成树和改进的随机路径图算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法采用最小斯坦纳生成树算法求解带有约束的斯坦纳点,并将该点确定为分支线缆的分支点;以基本随机路径图算法为基础,采用低离散度和基于障碍物的混合采样策略,构建一幅覆盖全空间障碍物表面的路径图,再利用A*算法搜索各线缆段的最短路径;对求解得到的路径点进行拟合,并最终获得分支线缆布局设计结果。设计并开发了分支线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例验证,证明了所提方法的可行性。 展开更多

关键词 分支线缆 自动布局设计 随机路径图 最小斯坦纳生成树 机电产品

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基于不均匀分配信息素及多目标优化的改进蚁群算法在无人船路径规划中的应用研究

4

作者 谢国兵 贺沩 +2 位作者 胡旺文 苏义鑫 石兵华 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期115-124,共10页

[目的]针对无人船在复杂水域中路径规划难度大的问题,提出一种基于不均匀分配信息素及多目标优化的改进蚁群优化(ACO)算法。[方法]采用概率路线图法(PRM)得到一条初始路径,依据该路径和终点的方位信息指导ACO算法不均匀分配初始信息素,... [目的]针对无人船在复杂水域中路径规划难度大的问题,提出一种基于不均匀分配信息素及多目标优化的改进蚁群优化(ACO)算法。[方法]采用概率路线图法(PRM)得到一条初始路径,依据该路径和终点的方位信息指导ACO算法不均匀分配初始信息素,使得初始路径和终点附近的信息素浓度大,其他栅格的信息素浓度参照与两者的距离逐渐减少,改善蚂蚁在前期路径搜索盲目性大的问题,缩短计算时间;建立求解多目标路径规划问题的目标函数,通过设定权重来平衡安全指数、能耗和路径曲折度之间的关系,为不同的应用场景生成符合需求的多样化路径,并使信息素增量随路径的优劣进行自适应调整,以强化优质路径在整个蚁群中的影响;同时,设置启发式矩阵系数的自适应调整机制,引入与迭代次数相关的余弦调节因子,以提高ACO算法的寻优效率。对路径进行二次优化以获得全局最优路径,减少航行过程中的频繁转向和转弯幅度。最后,以黄石的“仙岛湖”和杭州的“千岛湖”两个真实湖泊为地图,通过实验将所提算法与其他传统的ACO算法、A^(*)算法和改进ACO算法进行路径规划效果的比较。[结果]结果显示,相比其他传统的ACO算法,所提算法规划的路径最短(减少61.71%),距离障碍物最远,路径曲折度最小,运行时间也得到改善。[结论]实验结果表明,所提算法可降低无人船的航行能耗,减少转弯次数与转弯幅度,提升路径的平滑性和安全性。 展开更多

关键词 无人船 运动规划 多目标优化 蚁群优化算法 不均匀分配信息素 概率路线图法

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关键节点和平滑处理的PRM路径优化方法 被引量：6

5

作者 魏念巍 姜媛媛 +2 位作者 刘延彬 辛元芳 洪炎 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2020年第16期118-123,共6页

针对移动机器人路径规划采用的概率路图(Probabilistic Roadmap,PRM)算法存在路径拐点过多以及部分转角过陡的问题,提出一种PRM路径优化方法。PRM算法在构建路径网络图时采用随机采样,路径并非最优,路径节点过多,使用Douglas-Peucker(D... 针对移动机器人路径规划采用的概率路图(Probabilistic Roadmap,PRM)算法存在路径拐点过多以及部分转角过陡的问题,提出一种PRM路径优化方法。PRM算法在构建路径网络图时采用随机采样,路径并非最优,路径节点过多,使用Douglas-Peucker(D-P)算法提取PRM算法生成初始路径节点中的关键节点,用关键节点代替原来的初始路径节点,以减少路径中拐点的个数。使用Clothoid曲线对新生成的路径进行平滑处理,达到路径优化的目的。仿真结果表明该优化方法能减少路径节点的个数,并使路径更加平滑。 展开更多

关键词 概率路图(prm) 关键节点 Clothoid曲线 路径优化

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基于改进PRM的采摘机器人机械臂避障路径规划 被引量：30

6

作者 邹宇星 李立君 高自成 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第1期52-56,共5页

针对采摘机器人机械臂在不确定的环境中进行采摘作业的要求,提出了一种基于改进概率地图(PRM)算法的机械臂避障路径规划方法。将机械臂工作空间分割成离散单元集合,通过遍历的方法,获得机械臂工作空间中任意离散单元与机械臂有撞位姿之... 针对采摘机器人机械臂在不确定的环境中进行采摘作业的要求,提出了一种基于改进概率地图(PRM)算法的机械臂避障路径规划方法。将机械臂工作空间分割成离散单元集合,通过遍历的方法,获得机械臂工作空间中任意离散单元与机械臂有撞位姿之间的映射关系。将空间障碍物分割成离散单元,并通过索引映射关系获得与障碍物有撞的所有机械臂位姿信息,并以此建立关节构形空间。通过PRM算法在关节构形空间中快速搜索机械臂避障路径。仿真结果表明:相比传统PRM算法,改进算法速度提高22. 2%,能够有效地实现机械臂无碰撞路径规划。 展开更多

关键词 机械臂 避障路径规划 关节构形空间 概率地图法

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基于近似最近邻搜索的改进PRM算法 被引量：14

7

作者 薛阳 孙越 +2 位作者 叶晓康 李蕊 华茜 《计算机工程与设计》 北大核心 2021年第11期3211-3217,共7页

针对移动机器人工作环境范围复杂时,使用传统概率路线图(PRM)算法非常耗时的问题,提出一种改进的PRM算法。PRM算法最耗时的部分是构建无向路径图,构建无向路径图的关键是近邻搜索。通过使用近似最近邻搜索中的局部敏感哈希算法代替原先... 针对移动机器人工作环境范围复杂时,使用传统概率路线图(PRM)算法非常耗时的问题,提出一种改进的PRM算法。PRM算法最耗时的部分是构建无向路径图,构建无向路径图的关键是近邻搜索。通过使用近似最近邻搜索中的局部敏感哈希算法代替原先最近邻搜索算法,在不降低生成路线图质量的前提下,加快无向路线图的构建速度,减少PRM算法的运行时间。仿真结果表明,改进的PRM算法相较于传统的PRM算法在无向路径图建立时间上减少27.36%~33.27%,使PRM算法效率大大提高。 展开更多

关键词 概率路线图(prm)算法 无向路径图 最近邻搜索 近似最近邻搜索 局部敏感哈希

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限制区域水面无人艇路径规划与跟踪控制研究 被引量：9

8

作者 刘正锋 张隆辉 +1 位作者 魏纳新 匡晓峰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1127-1136,共10页

路径规划与跟踪控制是水面无人艇自主航行的关键技术。首先,采用概率地图法(PRM)对水面无人艇的路径规划进行了研究,详细介绍了概率地图法的原理以及算法实现流程,针对传统方法在工程实际中存在的问题,结合无人艇操纵性能约束提出了简... 路径规划与跟踪控制是水面无人艇自主航行的关键技术。首先,采用概率地图法(PRM)对水面无人艇的路径规划进行了研究,详细介绍了概率地图法的原理以及算法实现流程,针对传统方法在工程实际中存在的问题,结合无人艇操纵性能约束提出了简单有效的改进方法,进行了算例验证;其次,以PRM规划路径为目标对象,开展了欠驱动无人艇路径跟踪控制技术研究,对操舵响应非线性模型进行线性化处理,考虑舵角饱和约束限制,设计了模型预测控制器,舵角的执行指令可以通过二次规划算法求解;最后,进行了限制区域水面无人艇路径规划和跟踪控制的联合仿真验证。研究结果表明:概率地图法可以成功地应用于限制区域无人艇路径规划,方法可实现性好、效率高;规划所得的路径由一系列直线段组成,有利于路径跟踪控制;通过模型预测控制可以快速平稳地实现欠驱动无人艇对目标路径的跟踪控制。 展开更多

关键词 水面无人艇 路径规划 路径跟踪 概率地图法 模型预测控制

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改进的概率路径图法 被引量：7

9

作者 陈家照 张中位 徐福后 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第10期54-55,58,共3页

概率路径图法(PRM)是最主要的运动规划算法之一,针对概率路径图法在复杂环境中规划效率低下的缺点提出了一种改进的概率路径图法,新方法的采样采用了分阶段混合采样策略。最后通过与传统的PRM方法进行仿真实验比较,结果表明改进后的PRM... 概率路径图法(PRM)是最主要的运动规划算法之一,针对概率路径图法在复杂环境中规划效率低下的缺点提出了一种改进的概率路径图法,新方法的采样采用了分阶段混合采样策略。最后通过与传统的PRM方法进行仿真实验比较,结果表明改进后的PRM方法能够较大的提高规划效率。 展开更多

关键词 概率路径图法 复杂环境 采样策略

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基于改进随机路径图的分支线缆自动布局技术 被引量：9

10

作者 刘潇 刘检华 +1 位作者 刘佳顺 徐金宝 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期2952-2961,共10页

针对机电产品中普遍存在的分支线缆的自动布局问题,提出一种基于改进随机路径图算法的分支线缆自动布局方法。首先根据复杂产品中线缆连接关系的特点,提出并建立了"线缆零件—线束—线缆段"的线缆层次结构模型。然后以基本随... 针对机电产品中普遍存在的分支线缆的自动布局问题,提出一种基于改进随机路径图算法的分支线缆自动布局方法。首先根据复杂产品中线缆连接关系的特点,提出并建立了"线缆零件—线束—线缆段"的线缆层次结构模型。然后以基本随机路径图算法为基础,采用基于障碍物的采样策略构建初始路径图,根据初始路径图中的节点失败系数进行路径图的"增强"扩展,并提出局部求解空间扩展策略。对求解得到的路径点,拟合成线作为分支线缆布局结果。最后设计开发了线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例应用,结果验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 分支线缆 自动布局 随机路径图 路径规划

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基于改进概率路标法的虚拟吊装路径规划 被引量：9

11

作者 王崴 王建峰 +2 位作者 瞿珏 饶楚锋 范宇恒 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期695-701,共7页

针对高维空间虚拟吊装路径规划困难的问题,利用改进概率路标法对吊装路径进行规划.在考虑吊物摆动的基础上,建立起吊装系统的位姿空间模型;采用均匀随机采样策略使吊装位姿点在位姿空间中均匀分布,改进邻近节点选择方法限制相邻位姿节... 针对高维空间虚拟吊装路径规划困难的问题,利用改进概率路标法对吊装路径进行规划.在考虑吊物摆动的基础上,建立起吊装系统的位姿空间模型;采用均匀随机采样策略使吊装位姿点在位姿空间中均匀分布,改进邻近节点选择方法限制相邻位姿节点的自由度变化数目,建立可行吊装路径概率路线图;以吊装路径最短、运动形式变化最少为优化目标,找出符合吊装操作的最优路径;以此为依据来对操作者的吊装过程进行指导及评价.实验结果表明,该算法能在复杂的虚拟吊装环境中找出一条最优路径并能很好地解决多自由度路径规划问题. 展开更多

关键词 虚拟吊装 位姿空间 概率路标法 路径规划

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概率地图UAV航线规划的改进型蚁群算法 被引量：10

12

作者 陈岩 苏菲 沈林成 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1658-1662,1666,共6页

采用蚁群算法对基于概率地图(PRM)的UAV航线规划问题进行研究。在概率地图对战场环境进行描述的基础上,对航线规划蚁群算法进行设计。针对基本型蚁群算法易于出现停滞现象以及搜索效率不高的特点,将再励学习(RL)机制引入到基本型蚁群算... 采用蚁群算法对基于概率地图(PRM)的UAV航线规划问题进行研究。在概率地图对战场环境进行描述的基础上,对航线规划蚁群算法进行设计。针对基本型蚁群算法易于出现停滞现象以及搜索效率不高的特点,将再励学习(RL)机制引入到基本型蚁群算法中,提高了算法的搜索效率和求解精度。仿真结果表明该方法是一种有效的航线规划方法。 展开更多

关键词 UAV 航线规划 概率地图 蚁群算法

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基于概率地图方法的无人飞行器快速航迹规划 被引量：5

13

作者 任敏 霍霄华 沈林成 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期486-489,共4页

在复杂大范围环境下,针对可自主导航的低空飞行无人飞行器,设计了一种基于概率地图方法(PRM)的快速规划方法。先采用启发式策略构造概率地图,通过局部规划算法检测路标地图连通性,再应用图搜索算法规划出路径,最后通过剖面规划等优化手... 在复杂大范围环境下,针对可自主导航的低空飞行无人飞行器,设计了一种基于概率地图方法(PRM)的快速规划方法。先采用启发式策略构造概率地图,通过局部规划算法检测路标地图连通性,再应用图搜索算法规划出路径,最后通过剖面规划等优化手段对航迹进行完善。试验表明该方法具有较高的效率和环境适应性,可在单处理器上进行有效的快速航迹规划。 展开更多

关键词 无人飞行器 航迹规划 概率地图方法 HOPFIELD神经网络

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基于概率地图的低空突防威胁空间量化算法 被引量：2

14

作者 陈侠 鹿振宇 徐光延 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2014年第5期31-35,共5页

威胁回避问题是TF/TA系统的核心问题,针对概率地图中空间威胁的量化问题,给出一种方便快捷的计算方法。首先在不考虑地形遮蔽情况下,给出雷达或者火力扫描边界点的计算方法。在此基础上考虑地形遮蔽情况下,利用地形通视图算法,确定雷达... 威胁回避问题是TF/TA系统的核心问题,针对概率地图中空间威胁的量化问题,给出一种方便快捷的计算方法。首先在不考虑地形遮蔽情况下,给出雷达或者火力扫描边界点的计算方法。在此基础上考虑地形遮蔽情况下,利用地形通视图算法,确定雷达扫描盲区,实现基于概率地图低空突防威胁空间通视量化算法。仿真结果表明,该算法能够快速给出计算对雷达扫描盲区的界定范围,提高了计算效率,从而可以提高无人机进行低空突防的生存几率。 展开更多

关键词 低空突防 概率地图 威胁空间量化 通视图算法

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改进概率路标图算法 被引量：1

15

作者 宁新杰 崔炜 +2 位作者 徐照翔 李兴广 陈鹏宇 《计算机工程与设计》 北大核心 2021年第12期3422-3427,共6页

为解决传统概率路标图算法(probabilistic roadmap,PRM)学习阶段路线图R(N,E)中路线图边集E较为复杂和查询阶段生成的路径转折次数较多的问题,提出边集优化方法并引入道格拉斯-普克算法。在学习阶段,通过对随机点进行约束,减少路线图中... 为解决传统概率路标图算法(probabilistic roadmap,PRM)学习阶段路线图R(N,E)中路线图边集E较为复杂和查询阶段生成的路径转折次数较多的问题,提出边集优化方法并引入道格拉斯-普克算法。在学习阶段,通过对随机点进行约束,减少路线图中集合E的大小,减少查询阶段的计算量。在查询阶段,通过对搜索到的无碰撞路径节点进行峰值节点提取,有效去除冗余节点。实例仿真结果表明,改进PRM算法比标准的PRM算法具有更高的求解效率和更少的路径节点数目。 展开更多

关键词 prm算法 路线图边集E 边集优化方法 道格拉斯-普克算法 峰值节点提取

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基于二维连通图的无人机快速三维路径规划 被引量：8

16

作者 潘登 郑建华 高东 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3419-3431,共13页

针对复杂真实环境下无人机三维路径规划解算速度慢的问题,提出一种基于二维连通图的快速三维路径规划方法。首先解析真实地理环境的地形特征和建筑要素,构建基于数字高程模型(DEM)的多层次等效三维数字地图;在此基础上,经过无人机可行... 针对复杂真实环境下无人机三维路径规划解算速度慢的问题,提出一种基于二维连通图的快速三维路径规划方法。首先解析真实地理环境的地形特征和建筑要素,构建基于数字高程模型(DEM)的多层次等效三维数字地图;在此基础上,经过无人机可行空域到二维连通图的转化、连通图中的路径规划及路径的三维化与优化,快速获得一条可执行的三维路径。针对连通图中的全局路径规划,设计了一种基于步长地图的变步长稀疏A*算法,在保证路径质量的同时有效降低路径搜索的时间;针对连通图中的局部路径规划,提出一种基于障碍预测的随机路标图(PRM)实时路径重规划算法,以满足无人机的实时性避障需求。分别在山地环境和城市环境中进行仿真飞行,结果表明:所提方法能够有效降低三维路径规划的解算难度,在短时间内完成复杂环境下不同尺度和需求的路径规划,全局路径规划算法同比三维A*算法和基于二维连通图的二维A*算法搜索时间分别降低了99%和95%,局部路径重规划算法能够在1 s的单次采样周期内完成路径重规划,实时躲避未知障碍物,保证飞行过程的安全。 展开更多

关键词 无人机 数字高程模型 连通图 三维路径规划 A*算法 实时避障 随机路标图算法

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