摘 要

自上世纪后期至今，短短几十年间，计算机技术和人工智能技术就获得了飞跃性的发展。相比于计算机诞生初期，当今时代的计算速度和职能程度都有了质变，使得很多复杂的真实性问题可以通过计算机技术和人工智能来模拟进行同时得到理想方案，其中路径规划问题就是应用性很高且发展迅速的一个研究领域。

本文是以三峡绿色岸电坝区锚地电缆输送为背景，基于蚁群算法的无人船路径规划研究分析。通过对现实环境的路径规划仿真模拟，来对蚁群算法的适用性来进一步理解和学习。

蚁群算法是一种经典的也是基石性的一种路径规划方法，算法本身具有简单易学习的优点，但同时也存在某些显著的缺陷，例如随着迭代次数的增加，易陷入局部最优解的问题，正文中将作出详细的讨论分析。本文主体将介绍三峡坝区电缆输送的背景，以及蚁群算法的起源背景、意义、国内外研究现状和原理分析，同时对三峡坝区环境模模型下的算法进行matlab仿真模拟和路径规划分析，通过对比分析得到算法的影响因素并进行经典算法的思路优化。

摘要：三峡锚地电缆；无人船输送；路径规划；蚁群算法

Path planning and design of three gorges anchorage cable transmission unmanned ship based on ant colony algorithm

Abstract

In just a few decades, from the late 20th century to the present, computer technology and artificial intelligence technology have achieved rapid development. Compared with the initial stage of the computer, the computing speed and functional level have changed qualitatively in the current era, so that many complex real problems can be simulated by computer technology and artificial intelligence to get the ideal solution. Among them, path planning is a research field with high application and rapid development.

This paper studies and analyzes the path planning of unmanned ship based on ant colony algorithm against the background of cable transmission in the anchorage area of the three gorges green bank electric dam. The applicability of ant colony algorithm is further understood and learned through simulation of path planning in real environment.

Ant colony algorithm is a classic and cornerstone path planning method. The algorithm itself has the advantages of being simple and easy to learn, but it also has some significant defects. For example, as the number of iterations increases, it is easy to fall into the problem of local optimal solution. The background of the three gorges dam body will be introduced in this paper, cables, and the ant colony algorithm is the origin of the background, significance, research status at home and abroad and principle analysis of environment model under the model of three gorges dam at the same time, to analyze the matlab simulation and path planning algorithm, algorithm is obtained by comparison and analysis of influencing factors and classical algorithm of optimization.

Abstract:Sanxia anchorage cable;Unmanned ship transport;path planning;ant colony algorith

目录

第1章 绪论 1

1.1三峡坝区绿色岸电建设环境背景介绍 1

1.2机器人路径规划及经典蚁群算法介绍 2

1.2.1路径规划问题的研究国内外现状 2

1.2.2经典蚁群算法研究介绍 2

1.3本课题研究的主要内容 3

第2章 蚁群算法原理方案设计 4

2.1无人船系统工作介绍 4

2.1.1趸船系泊岸电技术方案 4

2.1.2无人船系统组成及其工作原理 6

2.2仿真环境建模 8

2.2.1 环境建模概述 8

2.1.2栅格法环境建模 8

2.3蚁群算法程序设计 10

2.3.1蚁群算法研究概述 10

2.3.2人工蚁群算法设计原理 12

2.3本章小结 13

第3章 Matlab环境下的算法仿真 14

3.1环境建模 14

3.2算法设计 15

3.2.1蚁群算法的数学模型 15

3.2.2 MATLAB参数设计 17

3.3仿真实验结果 17

3.4本章小结 21

第4章 数据对照和参数分析 22

4.1环境复杂程度分析 22

4.2蚂蚁个体数量m 22

4.3信息素启发因子Alpha和能见度启发因子Beta 22

4.4信息素蒸发系数ρ和信息素强度Q 23

4.5本章小结 23

第5章 总结与展望 24

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1三峡坝区绿色岸电建设背景介绍

由于三峡坝区船闸的通过能力不足于三峡船舶的需求，船舶在三峡坝区停靠待闸已经成为常态。年，三峡河段日均待闸船舶614艘；过坝船舶平均待闸时间105小时（约4-5天），最大待闸时间为643小时^[1]。船舶在待闸锚泊期间，需要通过副机发电满足船舶值班、生活、照明设备等用电需求，以及应急情况下的消防设备等用电需要。目前，船舶燃油多为普通柴油，含硫量较高，待闸船舶锚泊期间相对比较集中，排放的尾气不易扩散，造成了一定程度的大气污染。目前情况下，环境污染带来发展阻碍，需要在三峡坝区发展岸电，建设需求高。

图1.1 船舶有序停靠在三峡锚地

在党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央对长江经济带发展多次作出重要指示批示，强调要牢固树立和贯彻新发展理念，必须走生态优先、绿色发展之路^[2]，明确提出全国主要港口和排放控制区内港口靠港船舶率先使用岸电。

贯彻落实习总书记重要指示批示精神以及关于生态明文建设重要部署，到2020年，长江干线和待闸锚地基本具备船舶岸电供应能力。2018年6月20日，交通运输部、国家能源局、国家电网公司在北京组织召开专题会议，研究推进长江三峡坝区岸电建设工作。会议明确由国家电网公司牵头，交通运输部、国家能源局等部门和单位密切配合，尽快制定三峡坝区岸电建设技术方案及运营维护方案，加快推进三峡坝区岸电建设工作，打造长江流域岸电建设应用的示范样板，为推进长江流域岸电全覆盖奠定坚实基础。

1.2机器人路径规划及经典蚁群算法介绍