基于神经网络的自主车辆导航路径计算

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1、第ut卷第x期机器人ΡΟΒΟΤ∂²¯quto²qxt

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4、年

5、月≥¨³·qot

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8、文章编号}tssu2swwykt

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11、lsx2svyv2sz基于神经网络的自主车辆导航路径计算α周捷翟羽健k东南大学仪器科学与工程系南京utsst{l摘要}本文提出一种基于²³©¬¨¯§神经网络的自主车辆的最短路径计算的新方法o具有计算速度快!不需要改变神经网络结构的内部参数便能实时调整算法来适应网络边的费用及其图的拓扑关系的改变的特点q适用于城市交通线路上自主车辆的智能导航系统q关键词}²³©¬¨¯§神经网络~最短路问题~路径导航

12、系统~自主车辆中图分类号}×°uw文献标识码}1引言自主车辆内的路径导航系统k²∏·¨∏¬§¤±¦¨≥¼¶·¨°p≥l是智能交通运输系统≈tou k±·¨¯¯¬ª¨±·×µ¤±¶³²µ·¤·¬²±≥¼¶·¨°p×≥l的重要研究课题之一q对于基于地图导航的自主车辆内的路径导航系统o要求能够按照存储在其内部的数字地图的拓扑信息o实时地规划出一条全局最优路径用于车辆的导航q对于交通线路的地理网络o传统的方法是以图论中的关联矩阵或邻接矩阵存储网络数据o若网络结点为o则需要定义的矩阵q一些经典的路径优化问题如×≥°k×µ¤√

13、¨¯¯¬±ª≥¤¯¨¶°¤±°µ²¥¯¨°lo其计算量随着的增长而成指数增长o当较大时o其运算速度难以满足自主导航的实时计算要求q对于最短路径问题k≥«²µ·¨¶·°¤·«°µ²¥¯¨°p≥°°lo有一些经典的算法如适用于正费用的≈vow 能有效地求出具有确定网络边费¬®¶·µ¤算法和适用于正负费用的ƒ²µ§!ƒ∏¯®¨µ¶²±算法用的≥°°的最优解q但对于城市交通地理网络o由于有上下班交通高峰期!每天某一时段的交通单行线以及某一时期的交通管制等等因素o网络边k街道l的费用k以交通时间为量度l及网络的拓扑结构关系是

14、动态变化的o对于智能交通系统中的车辆路径导航系统o采用上述的算法难以实时地适应这些变化q神经网络是一个高度并行的分布式系统o处理速度高o因此近年来神经网络的研究已被人们引入到智能机器人及自主车辆的导航应用中q采用并行算法的神经网络来解决此类问题已引起人们的兴趣和注意q对于基于环境拓扑结构的≥数字地图o在给出目标后o可利用≈xoy ²³©¬¨¯§神经网络的能量函数的收敛得到一条最优路径q本文用基于²³©¬¨¯§神经网络的路径优化算法对用邻接矩阵表示的地理网络的最短路径计算进行了研究分析o神经网络中的每一神经元代表交通

15、网络中的边k街道lo当网络趋于稳定时o输出为/t0表示该网络边在最短路径上o为/s0则反之q仿真结果表明该算法能收敛到的最短路径与¬®¶·µ¤算法的结果是一致的q本算法具有计算速度快!不需要改变神经网络结构的内部参数便能实时调整算法来适应网络边的费用及其图的拓扑关系的改变的特点q适用于α收稿日期}t

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18、psvpsxvyw机器人t

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21、年

22、月城市交通线路上自主车辆的智能导航系统q2用Ηοπφιελδ模型求解最短路问题算法≈7 2q1Ηοπφιελδ神经网络模型²³©¬¨¯§于t

23、{w年提出连续时间的²³©¬¨¯§神

24、经网络模型}各神经元输出}tςιγιkΥιlpΚΥktltnειι模型的运动方程}Ν§ΥιΥιΕΤιϕςϕpnΙιkul§τΣϕt式中}Τιϕ为神经元间的联接权重oΙι为阈值oΣ为模型电路的时间常数q对于对称联接的权重o即ΤιϕΤϕιo当放大器增益足够大kΚιψ]l时o定义如下的能量函数}ΝΝΝtΕpΕΕΤιϕςιςϕpΕΙιςιkvluιtϕtιt²³©¬¨¯§证明网络将收敛到能量函数Ε的稳定状态o目标函数达到它的局部最小值q由kul!kvl式o第ι个神经元的运动方程可描述如下}§ΥιΥι5Εpkwl§τΣ5ςι

25、2q2基于地图拓扑结构的城市交通地理网络的最短路径概念在用于车辆自主导航系统的地理信息系统中o常将空间事物抽象成具有拓扑关系的的点!线!面等几何要素组成网络q网络在几何上由边连成o各条边的端点!交点组成网络的结点q对于基于地图导航的自主车辆o可以把交通道路网定义为几何上的/网0o行车路线可定义成网络的/边0o道路上各转向路口!交叉路口可以定义为网络上的/结点0q这样就把现实世界中的客观对象抽象成≥中的网络!结点和边之间的关系q对于二维的平面数字地图o定义一有向图ΓkΝoΛoΧlo有ν个结点oλ个边o每一个边kιoϕ

26、l对应着一个非负的费用k¦²¶·lΧιϕq设自主车辆从源结点σ出发o要求到达目标结点δo定义一有向路径σδσδΠkσoιoϕoκo,oρoδlo其路径长度ΛΧσιnΧιϕnΧϕκn,nΧρδq因此最短路径σδ的σδ问题可归纳为}找出具有最小ΛΠq对于城市交通道路系统o费用Χιϕ的含义有多种o如道路的长度k距离l!车辆沿此道路行驶完需要的时间k如交通高峰期所需