改进人工势场中逃离局部极小值方法、装置、计算机设备

摘要

本申请涉及一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置，以之为中心构造包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离的填平排斥势场，当智能体当前位置与局部最小值点的距离大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场为0；当智能体当前位置与局部最小值点的距离不大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场的大小与填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着智能体到局部最小值点的距离的增加而减小；根据智能体周围障碍物分布状态调整填平排斥势场中的正相关影响因子，直到智能体逃离局部最小值点。

说明书

技术领域

本申请涉及人工势场中智能体路径规划技术领域，特别是涉及一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

人工势场法在实际规划应用中适应场景能力较强，能够显示出场景的拓扑模型，同时，能够解决全局规划计算量大、运算复杂的缺陷，且规划建模简洁、方法清晰，受到越来越多的关注和应用。

但通过人工势场法进行智能体的路径规划在实际应用场景中存在缺陷与约束，其中之一是局部最小值问题，即针对多个阻碍物问题，由于阻碍物的分布符合特定情况时，规划过程中会出现局部极值问题，智能体无法得到全局最优，进而始终在该局部区域移动徘徊。现有技术提出了构建无局部极小值的势场，解决局部极小值的源头问题。但该方法对障碍物分布建模，以及重复计算的要求很高，对计算机算力提出了更高的需求。因此，现有技术存在效率不高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高局部极小值点逃离效率的改进人工势场中逃离局部极小值的方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法，所述方法包括：

获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置；

以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场；所述填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场为0；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离不大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场的大小与所述填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着所述智能体到所述局部最小值点的距离的增加而减小；

获取所述智能体周围的障碍物分布状态，根据所述障碍物分布状态调整所述填平排斥势场中的正相关影响因子，直到所述智能体逃离所述局部最小值点。

在其中一个实施例中，还包括：所述人工势场包括阻碍物所产生的排斥势场和目标所产生的吸引势场；所述填平排斥势场的性质与所述排斥势场相同。

在其中一个实施例中，还包括：所述排斥势场为修正排斥势场，所述修正排斥势场为：

其中，k

在其中一个实施例中，还包括：以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场，包括：

以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场为：

其中，k

在其中一个实施例中，还包括：获取所述智能体周围的障碍物分布状态；

当所述智能体预设范围内的障碍物数量大于预设阈值时，获取所述智能体距离目标点的距离；

根据所述障碍物数量以及所述智能体距离目标点的距离减小所述填平排斥势场正相关增益因子。

一种改进人工势场中逃离局部极小值的装置，所述装置包括：

局部最小值点确定模块，用于获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置；

填平排斥势场构造模块，用于以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场；所述填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场为0；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离不大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场的大小与所述填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着所述智能体到所述局部最小值点的距离的增加而减小；

填平排斥势场调整模块，用于获取所述智能体周围的障碍物分布状态，根据所述障碍物分布状态调整所述填平排斥势场中的正相关影响因子，直到所述智能体逃离所述局部最小值点。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置；

以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场；所述填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场为0；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离不大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场的大小与所述填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着所述智能体到所述局部最小值点的距离的增加而减小；

获取所述智能体周围的障碍物分布状态，根据所述障碍物分布状态调整所述填平排斥势场中的正相关影响因子，直到所述智能体逃离所述局部最小值点。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置；

以所述局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场；所述填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场为0；当所述智能体当前位置与所述局部最小值点的距离不大于所述填平排斥势场最大影响距离时，所述填平排斥势场的大小与所述填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着所述智能体到所述局部最小值点的距离的增加而减小；

获取所述智能体周围的障碍物分布状态，根据所述障碍物分布状态调整所述填平排斥势场中的正相关影响因子，直到所述智能体逃离所述局部最小值点。

上述改进人工势场中逃离局部极小值的方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置，以局部最小值点的位置为中心，构造包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离的填平排斥势场，当智能体当前位置与局部最小值点的距离大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场为0；当智能体当前位置与局部最小值点的距离不大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场的大小与填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着智能体到局部最小值点的距离的增加而减小；获取智能体周围的障碍物分布状态，根据障碍物分布状态调整填平排斥势场中的正相关影响因子，直到智能体逃离局部最小值点。本发明通过设计包括正相关增益因子的填平排斥势场，可以根据周围障碍物的情况，调整填平排斥势场，适应性地将局部极小值的“马鞍”填平，使得智能体可以通过局部最小值陷阱。

附图说明

图1为一个实施例中改进人工势场中逃离局部极小值的方法的流程示意图；

图2为一个实施例中改进人工势场中逃离局部极小值的装置的结构框图；

图3为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的改进人工势场中逃离局部极小值的方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。人工势场法中，由于阻碍物的任意动态分布，存在某种情况，当智能体进入斥力引力影响相互平衡的区域，根据势场法的概念，智能体无法获得驱动力，从而始终在区域内徘徊无法抵达终端，即陷入局部最小值。本发明应用于基于人工势场法的路径规划问题中，提供一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法，用于引导智能体从局部最小值点逃离出来。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法，包括以下步骤：

步骤102，获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置。

在局部极小值的情况下，势场的形状就像一个马鞍，让落入其中的的智能体在其中往复运动，直到到达鞍点处，陷入静止状态，因此可以通过把这个马鞍填平的方式，使得智能体通过这个原有的陷阱，越过周围的障碍物。

步骤104，以局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场。

智能体将受到之前没有接触过的局部极小值区域所产生的排斥势场的影响，并且之前受到的阻碍物产生的排斥势场和目标产生的吸引势场也仍然有效果，这三者的共同作用下按照人工势场法的要求，智能体进行远离局部极小值区域的动作。

本发明构思是在智能体完全脱离局部极小值区域前，斥势能随着智能体到局部最小值的距离的增加而减小。直到智能体完全脱离了局部极小值区域后，填平排斥势场的排斥势能为零，不再影响智能体的正常路径规划。

具体地，填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离。当智能体当前位置与局部最小值点的距离大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场为0；当智能体当前位置与局部最小值点的距离不大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场的大小与填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着智能体到局部最小值点的距离的增加而减小。

步骤106，获取智能体周围的障碍物分布状态，根据障碍物分布状态调整填平排斥势场中的正相关影响因子，直到智能体逃离局部最小值点。

当障碍物相互距离较小，且数量过多时，使得智能体可能与正常阻碍物在环境中发生碰撞，适当减小填平排斥势场可以避免智能体碰撞到障碍物。但填平排斥势场减小过多则可能使得智能体在逃逸后再次陷入到局部最小值。

因此，可以根据障碍物的排列，分别为其赋予不同大小的正相关增益因子k

上述改进人工势场中逃离局部极小值的方法中，通过获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置，以局部最小值点的位置为中心，构造包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离的填平排斥势场，当智能体当前位置与局部最小值点的距离大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场为0；当智能体当前位置与局部最小值点的距离不大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场的大小与填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着智能体到局部最小值点的距离的增加而减小；获取智能体周围的障碍物分布状态，根据障碍物分布状态调整填平排斥势场中的正相关影响因子，直到智能体逃离局部最小值点。本发明通过设计包括正相关增益因子的填平排斥势场，可以根据周围障碍物的情况，调整填平排斥势场，适应性地将局部极小值的“马鞍”填平，使得智能体可以通过局部最小值陷阱。

在其中一个实施例中，还包括：人工势场包括阻碍物所产生的排斥势场和目标所产生的吸引势场；填平排斥势场的性质与排斥势场相同。

在其中一个实施例中，还包括：排斥势场为修正排斥势场，修正排斥势场为：

其中，k

在其中一个实施例中，还包括：以局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场，包括：

以局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场为：

其中，k

如果填平后效果还是不理想，可以把填平的势场视为障碍物，其对应的位置为X

在其中一个实施例中，还包括：获取智能体周围的障碍物分布状态；

当智能体预设范围内的障碍物数量大于预设阈值时，获取智能体距离目标点的距离；

根据障碍物数量以及智能体距离目标点的距离减小填平排斥势场正相关增益因子。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种改进人工势场中逃离局部极小值的装置，包括：局部最小值点确定模块202、填平排斥势场构造模块204和填平排斥势场调整模块206，其中：

局部最小值点确定模块202，用于获取智能体在人工势场中所陷入的局部最小值点的位置；

填平排斥势场构造模块204，用于以局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场；填平排斥势场中包括填平排斥势场正相关增益因子和填平排斥势场最大影响距离；当智能体当前位置与局部最小值点的距离大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场为0；当智能体当前位置与局部最小值点的距离不大于填平排斥势场最大影响距离时，填平排斥势场的大小与填平排斥势场正相关增益因子正相关，且随着智能体到局部最小值点的距离的增加而减小；

填平排斥势场调整模块206，用于获取智能体周围的障碍物分布状态，根据障碍物分布状态调整填平排斥势场中的正相关影响因子，直到智能体逃离局部最小值点。

填平排斥势场构造模块204还用于以局部最小值点的位置为中心，构造填平排斥势场为：

其中，k

填平排斥势场调整模块206还用于获取智能体周围的障碍物分布状态；当智能体预设范围内的障碍物数量大于预设阈值时，获取智能体距离目标点的距离；根据障碍物数量以及智能体距离目标点的距离减小填平排斥势场正相关增益因子。

关于改进人工势场中逃离局部极小值的装置的具体限定可以参见上文中对于改进人工势场中逃离局部极小值的方法的限定，在此不再赘述。上述改进人工势场中逃离局部极小值的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种改进人工势场中逃离局部极小值的方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。