基于分割法的无人机路径规划研究

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1、第33卷第1期计算机仿真2016年1月文章编号：1006—9348(2016)01—0090—05基于分割法的无人机路径规划研究魏潇龙，姚登凯，谷志呜，高文明(空军工程大学空管领航学院，陕西西安710051)摘要：路径规划技术是无人机空域运行安全的前提保障。针对无人机在三维空域环境中的运行特征，提出利用高度层引导因子对基本蚁群算法进行改进，提高了算法的运行效率和路径规划的质量；针对蚁群算法在较大规划空间内易陷入局部最优的缺陷，利用空间分割的原理，使得改进的蚁群算法在大规模的路径规划问题中具有较好的效果；通过仿真，将基本算法、改进算法和基于空间分割法所规划的路径进行对比分析，结果表明提出的改进

2、算法具有良好的三维空间路径规划能力。关键词：无人机；蚁群算法；路径规划；空间分割中图分类号：V271．4文献标识码：BUAVPathPlanningMethodBasedonSplitMethodWEIXiao-long，YAODeng-kai，GUZhi—ming，GAOWen—ming(AirTrafficControlandNavigationCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’anShaanxi710051，China)ABSTRACT：PathplanningtechnologyisthepreconditionofUAVairspac

3、esafety．ForintherunningfeaturesoftheUAVin3-Dspaceenvironment，weusedFLguidingfactortoimprovethebasicantcolonyoptimization(ACO)，whichimprovedthequalityandtheoperationefficiencyofpathplanning．InviewoftheACOwhicheasilyfellintolo—caloptimuminhugespace，weusedsplitmethodtoobtainanimprovedACOwhichhasabette

4、reffectinhugepathplanningproblem．Throughsimulationexperiments，thebasicalgorithmandimprovedalgorithmandsplitmethodwereanalyzed，theresultsshowthattheimprovedalgorithmhasagood3-Dpathplanningability．KEYWORDS：UAV；Antcolonyalgorithm；Pathplanning；Splitmethod1引言无论是军用还是民用领域．无人机的空域运行都应当在预先划设的空域，按照批准的高度飞行，避开禁

5、区、危险区、限制区等各类空域及空域内的地形障碍物．保证自身的空域运行安全。无人机的路径规划技术是空域运行安全的重要保证，需要综合考虑各类空域及地形障碍威胁，飞行器到达时间、油耗及路径可飞行性等因素，为无人规划出最优的飞行路径，以保证圆满地完成任务⋯。当前国内外研究无人机路径规划的算法较多，特别是在一些智能搜索算法方面取得了较好的成果。蚁群算法是由意大利科学家Dorigo．M等人于1991年首次提出．并成功应用于TSP问题、调度问题、装箱问题等，取得了较好的效果[2’3]。无人机路径规划问题本质上也是一种组合优化问题，蚁群算法在这方面取得了一定的成果。文献[4]在二维空间内利用目标点的方向作为

6、蚂蚁搜索的启发信息．改进了算法的搜索性能；文献[5]引入带有方向性引导性的信息素基金项目：国家空管科研课题(GKG201410005)；省部级自然科学基金(2015JM7364)收稿日期：2015—09—25—90一更新策略，提高了蚁群算法的收敛性；文献[6]引入各路径段与起始点一目标点连线的夹角信息作为新的启发信息，加快了算法的搜索速度；文献[7]利用当前点、待选点及目标位置之间的距离和威胁分布作为蚂蚁状态转移的多重启发信息，提高了蚁群算法的收敛速度和精度，得到了较好的效果。但当前的大量研究主要集中于二维空间内的路径规划，无法体现无人机在三维空间内的空域运行特征。本文构建了加入空域和地形障

7、碍威胁的无人机三维运行环境，综合考虑了航程及路径可飞性等因素；根据无人机空域运行特征，利用高度层和目标点作为启发因子，加快路径的规划速度和质量；针对蚁群算法易陷入局部最优的缺陷[8]，提出了基于空间分割的改进蚁群算法，提高了路径规划的质量。2无人机空域运行环境建模2．1地形栅格化处理为简化空域运行环境，缩小搜寻空间，加快规划速度，本文利用十字型栅格将三维空间进行离散化处理，将交叉点作为路径规划的关键节点，并使