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基于改进蚁群算法的水下巡检机器人路径规划研究

沈兆文 潘新峰 黄梦诗 杨天慈 张文泽 衣正尧

沈兆文, 潘新峰, 黄梦诗, 等. 基于改进蚁群算法的水下巡检机器人路径规划研究[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066
引用本文: 沈兆文, 潘新峰, 黄梦诗, 等. 基于改进蚁群算法的水下巡检机器人路径规划研究[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(5): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066
Shen Zhaowen, Pan Xinfeng, Huang Mengshi, Yang Tianci, Zhang Wenze, Yi Zhengyao. Research on path planning of underwater inspection robot based on improved ant colony algorithm[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066
Citation: Shen Zhaowen, Pan Xinfeng, Huang Mengshi, Yang Tianci, Zhang Wenze, Yi Zhengyao. Research on path planning of underwater inspection robot based on improved ant colony algorithm[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066

基于改进蚁群算法的水下巡检机器人路径规划研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066
详细信息
    作者简介:

    沈兆文(2003-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下机器人技术

  • 中图分类号: TP242.6; TP18

Research on path planning of underwater inspection robot based on improved ant colony algorithm

  • 摘要: 针对传统蚁群算法在水下巡检机器人路径规划时存在收敛速度慢、易陷入局部最优、水下环境适应性差的问题, 提出一种改进蚁群算法。首先优化蚁群信息素更新策略, 构建包含路径长度、安全性、平滑性与水流适配性的综合评价函数, 通过路径适应度高低来动态调整信息素释放系数大小, 并根据迭代进度动态调整信息素挥发系数, 在算法迭代后期加快收敛速度; 其次在启发函数中引入水流因素与障碍物距离因素, 引导蚂蚁选择质量更好的路径; 随后融合模拟退火机制避免算法陷入局部最优; 最后结合B样条曲线对路径做平滑性处理, 减少水下机器人的能耗。仿真结果表明, 改进蚁群算法不仅收敛速度更快、转点数量更少, 还缩短了最优路径长度。

     

  • 图  1  栅格法环境建模示例

    Figure  1.  Example of grid-based environment modeling

    图  2  改进蚁群算法流程

    Figure  2.  Improved ant colony algorithm process

    图  3  20×20栅格下传统蚁群算法路径规划结果

    Figure  3.  Path planning results of traditional ant colony algorithm in 20×20 grid

    图  4  20×20栅格下文献[12]蚁群算法路径规划结果

    Figure  4.  Path planning results of ant colony algorithm in literature [12] under 20×20 grid

    图  5  20×20栅格下改进蚁群算法路径规划结果

    Figure  5.  Path planning results of improved ant colony algorithm in 20×20 grid

    图  6  30×30栅格下传统蚁群算法路径规划结果

    Figure  6.  Path planning results of traditional ant colony algorithm in 30×30 grid

    图  7  30×30栅格下文献[12]蚁群算法路径规划结果

    Figure  7.  Path planning results of ant colony algorithm in literature [12] under 30×30 grid

    图  8  30×30栅格下改进蚁群算法路径规划结果

    Figure  8.  Path planning results of improved ant colony algorithm in 30×30 grid

    图  9  改进蚁群算法路径平滑结果

    Figure  9.  Path smoothing results of improved ant colony algorithm

    表  1  传统蚁群算法仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters of traditional ant colony algorithm

    蚁群
    数量
    最大迭
    代次数
    信息素重
    要性因子
    启发函数
    重要性因子
    信息素挥
    发系数
    30 200 1.0 5.0 0.1
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    表  2  改进蚁群算法仿真参数

    Table  2.   Simulation parameters of improved ant colony algorithm

    蚁群
    数量
    最大迭
    代次数
    退火初
    始温度
    路径长
    度权重
    安全性
    权重
    平滑性
    权重
    水流
    权重
    最小安
    全距离
    30 200 15° 0.7 0.1 0.1 0.1 0.5 m
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    表  3  20×20栅格下各算法运算结果对比

    Table  3.   Operation results comparison of various algorithms in 20×20 grid

    最优路径
    长度/m
    转角
    数量
    迭代
    次数
    运行
    时间/s
    传统蚁群算法 31.56 10 88 2.25
    文献[12]蚁群算法 31.27 8 47 8.75
    改进蚁群算法 31.06 6 46 5.21
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    表  4  30×30栅格下各算法运算对比结果

    Table  4.   Operation results comparison of various algorithms in 30×30 grid

    最优路径
    长度/m
    转角
    数量
    迭代
    次数
    运行
    时间/s
    传统蚁群算法 53.46 29 91 5.27
    文献[12]蚁群算法 51.15 10 54 15.34
    改进蚁群算法 49.67 5 62 10.25
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-04-02
  • 修回日期:  2026-05-04
  • 录用日期:  2026-05-11
  • 网络出版日期:  2026-09-04
图(9) / 表(4)

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