本发明涉及路径规划，尤其涉及一种基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法。
背景技术：
1、随着海洋探索与应用的不断深入，无人水面艇在军事侦察、环境监测、资源勘探等领域发挥着日益重要的作用。无人水面艇的路径规划是其实现自主航行和高效任务执行的核心技术之一，其主要任务是基于地图中可通行和不可通行的区域，结合起点终点等信息，找到一条满足特定约束(如安全性)和评价指标(如路径长度)的移动路径。
2、针对无人水面艇等移动智能体的路径规划问题，传统的算法如a*、dijkstra等虽然能够找到一条可行路径，但在面对复杂环境和多约束条件时，往往计算复杂度高、实时性差。因此，开发一种计算速度快、复杂度低且适用于无人水面艇的仿生算法，对于提高无人水面艇的移动能力和智能化水平具有积极意义。
3、在仿生优化算法中，天牛须搜索(bas)算法模拟了天牛在寻找食物时的搜索行为，具有计算简单、参数少等优点，尤其适用于低维优化目标。然而，传统的bas算法在应用于无人水面艇路径规划时存在明显不足。首先，搜索方向的随机选取和固定步长使得搜索过程缺乏针对性和灵活性，影响了搜索的效率和精度。其次，由于算法本身的局限性，生成的路径中往往存在较多的冗余节点和震荡节点，导致路径曲折，不仅增加了航行时间和能耗，还降低了路径的实用性和安全性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，以解决传统算法在路径规划时存在的搜索效率低下和路径质量不高的问题。
2、基于上述目的，本发明提供了一种基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，包括以下步骤：
3、s1、读取地图信息，得到可通行和不可通行的区域的具体位置；
4、s2、基于起点的位置，采用天牛须搜索算法进行寻路，在寻路时，以当前位置指向终点位置的方向向量为参考，设置约束角度，使天牛的随机搜索方向满足该约束；
5、s3、基于天牛当前方向，计算其左右触须的位置；
6、s4、评估触须位置的预估成本，选择成本较小的一侧作为搜索方向，并排除搜索到的路径点为障碍物或两路径点跨越障碍物的情况；
7、s5、动态更新搜索步长，更新路径节点；
8、s6、引入路径优化策略，对路径点加以优化，连接优化后的路径点，形成最终路径，实现路径规划。
9、优选的，步骤s2中，约束角度为根据天牛的位置进行调整，在远离障碍物和终点时加强限制，在靠近障碍物时放宽限制。
10、优选的，本方法还包括，在使用天牛须搜索算法进行寻路的过程中，将不可通行区域膨化为一个以其最大影响距离为半径的圆形区域。
11、优选的，排除搜索到的路径点为障碍物包括：
12、计算出天牛下一步的位置后，判断该位置到附近障碍物的距离与障碍物的膨化半径的关系，若小于，说明该位置是障碍物，反之则该位置可以作为下一路径节点。
13、优选的，排除两路径点跨越障碍物包括：
14、计算出附近障碍物在两路径点连线上投影点的位置、到两路径点连线的距离，并根据计算结果判断两路径点是否跨越障碍物。
15、优选的，步骤s5进一步包括：
16、在迭代过程中，动态更新搜索步长，融入步长衰减机制，在初始步长的基础上，乘以一个步长衰减因子，该步长衰减因子与迭代因子形成数学上的指数关系，在迭代初期采用较大的步长，接近目标时逐步且平滑地减小步长。
17、优选的，路径优化策略包括：从起点位置开始，将距离起点位置最远的、直接相连后不穿越障碍物的路径节点作为优选路径点，将优选路径点与当前节点连接，中间节点作为冗余节点并移除。
18、优选的，步骤s2中，以当前位置指向终点位置的方向向量为参考，设置约束角度，使天牛的随机搜索方向满足该约束具体包括：
19、根据当前位置和终点位置信息，得到参考方向向量
20、
21、其中，(xn,yn)表示当前天牛的位置，(xe,ye)表示终点坐标；
22、以方向向量为参考，设置一定约束角度，并使天牛的朝向满足该约束，包括：
23、
24、θmin≤θ≤θmax
25、其中，θ表示两向量夹角，θmin与θmax表示最小与最大约束角度，表示归一化处理后的天牛朝向向量。
26、本发明的有益效果：
27、1、提高路径规划效率：本发明在迭代的过程中，通过障碍物膨化策略，消除了障碍物尖锐的角或边缘，简化了路径点的检验过程；同时，通过优化搜索方向和步长选择机制，有效减少了路径折角和算法迭代次数，提高了寻路效率。
28、2、提高路径的质量：路径优化策略移除了路径中的冗余节点，有效减少了路径长度和曲折度，提高了路径的平滑性和实用性。本发明在保持算法简单、计算量小的同时，显著提升了无人水面艇路径规划的效率和路径质量。
1.一种基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，步骤s2中，所述约束角度为根据天牛的位置进行调整，在远离障碍物和终点时加强限制，在靠近障碍物时放宽限制。
3.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括，在使用天牛须搜索算法进行寻路的过程中，将不可通行区域膨化为一个以其最大影响距离为半径的圆形区域。
4.根据权利要求3所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，所述排除搜索到的路径点为障碍物包括：
5.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，排除两路径点跨越障碍物包括：
6.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，步骤s5进一步包括：
7.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，所述路径优化策略包括：从起点位置开始，将距离起点位置最远的、直接相连后不穿越障碍物的路径节点作为优选路径点，将优选路径点与当前节点连接，中间节点作为冗余节点并移除。
8.根据权利要求1所述的基于改进天牛须搜索算法的无人水面艇路径规划方法，其特征在于，步骤s2中，所述以当前位置指向终点位置的方向向量为参考，设置约束角度，使天牛的随机搜索方向满足该约束具体包括：
