1.一种基于并行自适应蚁群算法的无人机覆盖路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:获取需实施覆盖路径规划的CPP区域和在CPP区域内需要避开的NFZ区域,对CPP区域和NFZ区域进行栅格处理,得到由多个CPP栅格构成的CPP区域,以及得到由多个NFZ栅格构成的NFZ区域,取每个CPP栅格的中心点作为一A类点,以此创建A类点集合VSA;取每个NFZ栅格的顶点作为一N类点,以此创建N类点集合VSN;以每个NFZ栅格的对角线为元素,创建集合NFZS;每个A类点和每个N类点均有唯一的序列号;
步骤2:判断A类点集合VSA中任意两个A类点构成的子路径是否经过NFZ区域,若子路径与集合NFZS中所有的对角线都不相交,则判定该子路径不经过NFZ区域,将该子路径记录在子路径矩阵中;若子路径与集合NFZS中的任意一条对角线相交,则判定该子路径经过NFZ区域;对于经过NFZ区域的子路径,取N类点集合VSN中的所有点和构成该子路径的两个A类点,组合成一个点集合,用这个点集合构建无向图,以该子路径的起点为避障后起点,以该子路径的终点为避障后终点,采用Dijkstra算法,在无向图上求解出从避障后起点到避障后终点的最短路径,该最短路径为避障子路径,将该避障子路径记录在子路径矩阵中;
步骤3:采用多个并行线程,每个线程通过SAACO算法,得到当前线程的最优解;
步骤4:当所有并行线程结束后,从多个线程的最优解中选出最好的一个解作为算法最优解;
步骤5:将算法最优解转换为最优路径,该最优路径为无人机覆盖最优规划路径;
其中,步骤3中,所述的通过SAACO算法,得到当前线程的最优解,包括以下子步骤:S310:通过随机产生多个参数向量来初始化参数存档,所述参数存档中存储有多个参数向量、每个参数向量的适应度值和每个参数向量的选择权重;每个参数向量拥有多个参数值;所述参数值包括解存档中解向量的数目n、每个线程的蚂蚁数目q和搜索解存档范围大小参数η;
S320:从参数存档中选择一个参数向量,用这个参数向量中对应的参数值设置解存档中解向量的数目n;
S330:随机产生2×n个解向量,计算每个解向量的适应度值,将解向量和它的适应度值存入解存档中;所述解存档中存储有n个解向量、每个解向量的适应度值和每个解向量的选择权重;该解向量为路径顺序经过的点的序列号组成的向量;每个解向量包含A类点集合VSA中所有的A类点,且每个A类点只出现一次;所述解向量的适应度值为:将解向量对应的路径在步骤2的子路径矩阵中查询,得到避障后路径,该避障后路径的总飞行时间为该解向量的适应度值;
S340:对解存档中的解向量按照适应度值进行排序,仅保留前n个解向量;
S350:从参数存档选择一个参数向量作为基本向量,利用基本向量构造新的参数向量,将新的参数向量作为当前参数向量,用当前参数向量中对应的参数值设置解存档的数目n、蚂蚁数目q和搜索解存档范围大小参数η;
S360:每个蚂蚁依据自身搜索解存档范围,从解存档中选择一个解向量,通过对该解向量进行反转和插入操作,构造出新的解向量;计算新的解向量的适应度值,并将该新的解向量和它的适应度值存入解存档中;直至q个蚂蚁全部完成;
S370:对解存档中的解向量按照适应度值进行排序,仅保留前n个解向量;
S380:将蚂蚁构造的q个新解中最优解的适应度值作为当前参数向量的适应度值,将当前参数向量和它的适应度值存入参数存档中,存入后,将参数存档中的参数向量按照适应度值进行排序,仅保留前a个参数向量,其中a为参数档案中参数向量的数目;
S390:判断是否达到最大迭代次数,若没有,则转入S350:否则退出循环,得到当前线程输出的最优解;
在S330中,所述的将解向量对应的路径在步骤2的子路径矩阵中查询,得到避障后路径,具体包括:在解向量中,按起始点到终点的顺序,依次将两个相邻的点组成子路径;
将该子路径在子路径矩阵中查询,得到避障子路径;
组合所有避障子路径,得到避障后路径;
在S350中,所述的利用基本向量构造新的参数向量,具体包括:
根据基本向量中每个参数值的概率密度函数Pd(x),在每个参数值的邻域中提取一个新的参数值;
由新的参数值形成新的参数向量;
每个参数值的概率密度函数Pd(x),表示为:
式中
其中,f(x,μ,σ)为由参数x、均值μ和均方差σ表示的高斯函数,ξ为收敛速度,为第j个参数向量的第i个参数值,a为参数存档中参数向量的数目,为第r个参数向量的第i个参数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于并行自适应蚁群算法的无人机覆盖路径规划方法,其特征在于:在所述的取每个NFZ栅格的顶点作为一N类点,以此创建N类点集合VSN之前,还包括:对于由多个NFZ栅格构成的NFZ区域,将存在公共边的NFZ栅格进行合并,得到合并后的NFZ栅格;
将合并后的NFZ栅格的顶点作为N类点,以此创建N类点集合VSN。
3.根据权利要求1所述的一种基于并行自适应蚁群算法的无人机覆盖路径规划方法,其特征在于:在S320中,根据参数向量的选择权重,利用赌轮法从参数存档中选择一个参数向量,用这个参数向量中对应的参数值设置解存档中解向量的数目n。
4.根据权利要求1所述的一种基于并行自适应蚁群算法的无人机覆盖路径规划方法,其特征在于:在S360中,所述的通过对该解向量进行反转和插入操作,构造出新的解向量,具体包括:通过对该解向量以50%概率进行反转操作,以50%概率进行插入操作,构造出新的解向量。