[發明專利]一種基于XYZ格式地圖的路徑生成方法

有效

• 申請號: 201610944485.9
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN107990896B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 邵剛;徐春暉;王軼群;趙宏宇;劉健
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種基于XYZ格式地圖的路徑生成方法，實現自主水下機器人在變化海洋環境下的路徑規劃。包括以下步驟：讀取XYZ格式的地圖文件獲得地圖信息；將獲得的地圖信息載入到地圖轉化軟件中，根據地圖信息，進行地圖信息識別；根據潛水器的起始點，規劃出下一個航行點的坐標，通常下一個航行點使用的是極坐標，將極坐標轉換成大地坐標系。與簡單的路徑規劃方法比較，本方法具有更好的性能，在熱液探測環境下更有優勢，更能適應外界環境的改變，提高了AUV的工作能力。本方法移植方便，可以適用于各種水下機器人。

技術領域

本發明涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種基于XYZ格式地圖的路徑生成方法。

背景技術

在海洋應用中，水下機器人發揮越來越重要的作用。水下機器人分成兩類：一種是遙控式有纜水下機器人(簡稱ROV)，一種是自主水下機器人(簡稱AUV)。ROV需要水面母船支持，同時受到電纜長度的限制，其作業距離有限，一般只有幾百米；而AUV自身攜帶能源，可以遠離母船，活動距離達到幾十公里甚至上百公里。所以AUV的研究越來越受到各國的重視，AUV的發展代表了未來水下機器人的發展方向。但是AUV的控制方法比ROV的控制方法復雜，只有設計出好的控制方法才能發揮出AUV強大的作業能力。

AUV執行地形勘查、管線跟蹤都依賴于AUV的路徑規劃。通常在AUV工作前，獲取當前海區的地圖，然后根據地圖進行規劃，當地形起伏不是很大時，可以使用簡單的定高模式和定深模式航行，但是對于復雜海區的情況下，這種方式規劃出來的路徑不能很好的實現任務需求，如果分段規劃則費時費力，對于操作AUV的人員是一個很大的挑戰，這種簡單的方法不適用在復雜的環境下。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種基于XYZ格式地圖的路徑生成方法，使規劃路徑的過程更簡單，AUV執行的使命更加滿足任務需求。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于XYZ格式地圖的路徑生成方法，包括以下步驟：

讀取XYZ格式的地圖文件獲得地圖信息；

根據地圖信息進行地圖信息識別，規劃出潛水器下一個航行點的坐標，將航行點的極坐標轉換成大地坐標。

所述地圖信息包括經度、緯度、深度/高度。

所述根據地圖信息進行地圖信息識別，規劃出潛水器下一個航行點的坐標包括以下步驟：

1)根據選擇的目標深度，獲得等深線，同時根據選擇的預定的起始點，按照正東、正南、正西、正北、東南、東北、西南和西北八個方向生成射線，計算各個方向上射線的梯度；

2)根據射線的梯度，選擇絕對值最小的一個點作為下一航行點；

3)將下一個航行點作為預定的起始點，返回步驟1)，直到當前深度達到閾值或者航行點構成的路徑覆蓋地圖為止。

所述射線的梯度通過下式計算：

若函數t＝f(x,y,z)在點(x₀,y₀,z₀)處可微，則函數F(x)在點(x₀,y₀,z₀)處沿任一方向的方向導數存在，其中各導數均為在點(x₀,y₀,z₀)處的值，運用向量的數量積，可將方向導數計算公式表示為：

其中，

其中，gradt稱為梯度，i、j、k分別表示x軸、y軸、z軸上的單位向量；e表示單位向量，cosα，cosβ和cosγ是方向l的方向余弦。

所述將航行點的極坐標轉換成大地坐標具體為：