A novel hybrid particle swarm optimization for multi-UAV cooperate path planning

计算机科学 粒子群优化 稳健性(进化) 萤火虫算法 运动规划 趋同(经济学) 数学优化 地形 路径(计算) 群体行为 算法 人工智能 机器人 数学 化学 程序设计语言 基因 经济 生物 生物化学 经济增长 生态学
作者
Wenjian He,Xiaogang Qi,Lifang Liu
出处
期刊:Applied Intelligence [Springer Science+Business Media]
卷期号:51 (10): 7350-7364 被引量:122
标识
DOI:10.1007/s10489-020-02082-8
摘要

The path planning of unmanned aerial vehicle (UAV) in three-dimensional (3D) environment is an important part of the entire UAV’s autonomous control system. In the constrained mission environment, planning optimal paths for multiple UAVs is a challenging problem. To solve this problem, the time stamp segmentation (TSS) model is adopted to simplify the handling of coordination cost of UAVs, and then a novel hybrid algorithm called HIPSO-MSOS is proposed by combining improved particle swarm optimization (IPSO) and modified symbiotic organisms search (MSOS). The exploration and exploitation abilities are combined efficiently, which brings good performance to the proposed algorithm. The cubic B-spline curve is used to smooth the generated path so that the planned path is flyable for UAV. To assess performance, the simulation is carried out in the virtual three-dimensional complex terrain environment. The experimental results show that the HIPSO-MSOS algorithm can successfully generate feasible and effective paths for each UAV, and its performance is superior to the other five algorithms, namely PSO, Firefly, DE, MSOS and HSGWO-MSOS algorithms in terms of accuracy, convergence speed, stability and robustness. Moreover, HIPSO-MSOS performs better than other tested methods in multi-objective optimization problems. Thus, the HIPSO-MSOS algorithm is a feasible and reliable alternative for some difficult and practical problems.
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