This paper presents a new algorithm named spherical vector-based particle swarm optimization (SPSO) to deal with the problem of path planning for unmanned aerial vehicles (UAVs) in complicated environments subjected to multiple threats. A cost function is first formulated to convert the path planning into an optimization problem that incorporates requirements and constraints for the feasible and safe operation of the UAV. SPSO is then used to find the optimal path that minimizes the cost function by efficiently searching the configuration space of the UAV via the correspondence between the particle position and the speed, turn angle and climb/dive angle of the UAV. To evaluate the performance of SPSO, eight benchmarking scenarios have been generated from real digital elevation model maps. The results show that the proposed SPSO outperforms not only other particle swarm optimization (PSO) variants including the classic PSO, phase angle-encoded PSO and quantum-behave PSO but also other state-of-the-art metaheuristic optimization algorithms including the genetic algorithm (GA), artificial bee colony (ABC), and differential evolution (DE) in most scenarios. In addition, experiments have been conducted to demonstrate the validity of the generated paths for real UAV operations. Source code of the algorithm can be found at https://github.com/duongpm/SPSO.


翻译:本文介绍了一个新的算法,名为以球载矢量为基础的粒子群温优化(SPSO),旨在处理在面临多重威胁的复杂环境中无人驾驶航空器(无人驾驶航空器)路径规划问题。首先设计了一个成本功能,将路径规划转换成一个优化问题,其中纳入对无人驾驶航空器可行和安全操作的要求和限制。SPSO随后被用来寻找最佳路径,通过粒子位置与UAV速度、角和爬升/斜角之间的对应,有效搜索无人驾驶航空器的配置空间,从而最大限度地降低成本功能。为了评估SPSO的性能,从实际数字升程模型地图中产生了八种基准情景。结果显示,拟议的SPSO超越了其他粒子温优化(PSO)变量,包括经典的PSO、阶段角度编码PSO和量子-BAWPSO,以及其它州-艺术美经精度优化算算算法,包括遗传算法(GA)、人造蜂窝(ABC)和差异演化(DE),此外,在大多数情景中,还找到了各种粒子升模/AVAVAVA的运行的有效性。

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