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内容介绍
一、研究背景与问题提出
无人机技术的快速发展使其在物流配送、环境监测、灾害救援等领域的应用日益广泛。在复杂的三维环境中，无人机路径规划需同时满足避障、能量限制、最小转弯半径等多重约束，传统算法如A*、Dijkstra等在动态环境中易陷入局部最优，且生成的路径平滑性不足，难以直接应用于飞行控制。强化学习通过与环境交互学习最优策略，具有强大的适应性；三次样条曲线则通过分段三次多项式拟合关键点，能生成满足飞行动力学要求的平滑路径。本研究提出一种结合Q-learning与三次样条曲线的混合算法，旨在解决三维无人机路径规划中的全局搜索与局部平滑性矛盾，为复杂环境下的无人机自主飞行提供理论支持与技术方案。
二、理论基础与文献综述
2.1 Q-learning算法原理
Q-learning是一种无模型强化学习算法，通过更新Q值表（Q(s,a)）学习状态-动作对的长期价值。其核心更新公式为：
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
function MakeData()
%%%%%%%%制作地形数据
load ('TerrainData.mat');
MAX_X = 100;
MAX_Y = 100;
MAX_Z = 50;
Cut_Data = Final_Data(301:400,101:200);
mesh(double(Cut_Data));
MAX_Final_Data = max(max(Cut_Data));
MIN_Final_Data = min(min(Cut_Data));
for i=1:100
for j=1:100
New_Data(i,j) = ceil((Cut_Data(i,j)-MIN_Final_Data)/100); % 朝正无穷大四舍五入，减去最小值可以减少搜索结点
Display_Data(i,j) = (Cut_Data(i,j)-MIN_Final_Data)/100;
end
end
%%%%%%%%% Map初始化
% 可以走的区域为2，目标为0，障碍为-1
MAP=2(ones(MAX_X,MAX_Y,MAX_Z));
for i=1:MAX_X
for j=1:MAX_Y
Z_UpData = New_Data(i,j);
for z = 1:Z_UpData
MAP(i,j,z) = -1;
end
end
end
%%%%%%%%输入异常气象区域信息
CLOSED = [];
k = 1;
c2 = size(CLOSED,1);
for i_z=1:50
for i_x=1:100
for i_y=1:100
flag = 1;
Length = (i_x-60)^2 + (i_y-70)^2;
for c1=1:c2
if (i_x == CLOSED(c1,1) && i_y == CLOSED(c1,2) && i_z == CLOSED(c1,3))
flag = 0;
end
end
if Length <= 56.25 && flag == 1
Threaten_Weather(k,1)=i_x;
Threaten_Weather(k,2)=i_y;
Threaten_Weather(k,3)=i_z;
k = k+1;
end
end
end
end
%%%%%%%%%%生成太阳辐射数据
solar2dim = 3.491 + (4.491-3.491) rand(100,100);
surf(solar2dim(1:100,1:100)','linestyle','none');
xlabel('X Points','FontWeight', 'bold');
ylabel('Y Points','FontWeight', 'bold');
title('kwh/kwp/day','FontWeight', 'bold');
set(gca,'fontsize',9,'fontname','Times New Roman');
view(0, 90);
solar2dim = solar2dim./4.491;
solar3dim = [];
for i = 1:50
solar3dim(:, :, i) = solar2dim;
end
save('MapData.mat','MAX_X','MAX_Y','MAX_Z','MAP','CLOSED','Final_Data','Display_Data','Threaten_Weather','solar3dim');
end
🔗 参考文献
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🌈 各类智能优化算法改进及应用
生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位
🌈 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维
2.1 bp时序、回归预测和分类
2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类
2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类
2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类
2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类
2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类
2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类
2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类
2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类
2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类
2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测
2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类
2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类
2.14 PNN脉冲神经网络分类
2.15 模糊小波神经网络预测和分类
2.16 时序、回归预测和分类
2.17 时序、回归预测预测和分类
2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类
2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类
方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断
🌈图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
🌈 路径规划方面
旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻
🌈 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划
🌈 通信方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配
🌈 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测
🌈电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电
🌈 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀
🌈 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别
🌈 车间调度
零等待流水车间调度问题NWFSP
、
置换流水车间调度问题PFSP
、
混合流水车间调度问题HFSP
、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP
