[發明專利]一種依次巡查多個目標位置的無人水面艇路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201710878205.3
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107727098A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 彭艷;葛磊;羅均;謝少榮;李小毛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及路徑規劃技術領域，具體是一種依次巡查多個目標的水面無人艇路徑規劃方法。

背景技術

無人水面艇是一個擁有自主運行能力的小型水面任務平臺，它可以執行的任務種類非常多，除了對環境和目標進行檢測這些基礎功能之外，還可以針對具體的任務類型，采用不同的模塊設備來完成任務目標。目前由于其在軍事領域的杰出表現和前景，世界各國都對軍用無人水面艇的研發表現出很強烈的興趣。同時因為無人水面艇在科研與民用應用中有著覆蓋范圍大、成本低的特點，所以無人艇在這些領域也有著廣泛的應用前景。

無人水面艇自主運行能力的強弱是由路徑規劃能力所直接決定的。全局路徑規劃是利用已知的靜態障礙物的信息，規劃出一條避開所有已知障礙物，并且能夠完成目標任務的路徑，從而指導無人水面艇更高效地完成路徑規劃任務。目前的全局路徑規劃的研究大多集中在經典的“規劃一條從起點到終點”的問題上。而像依次巡查多個目標位置的任務這樣在實際中所需求的任務卻并沒有受到太多關注。

在水面無人艇的實際應用中，可能要求其依次對幾個關鍵位置測量環境參數或者進行安全性的查看。在這些任務中都要求無人水面艇能夠盡可能地依次對這幾個目標位置進行探查，并且無人水面艇需要在保證不發生碰撞的前提下，走最短的路線。在該任務中，路徑規劃能夠依據已知的障礙物信息，提前規劃出一條滿足任務要求的路徑，進而指導無人水面艇高效地完成任務。因此設計一個依次巡查多個目標位置的無人水面艇路徑規劃算法是具有很大的價值的。

發明內容

本發明目的是提供一種快速、有效的依次巡查多個目標位置的無人水面艇路徑規劃方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種依次巡查多個目標位置的無人水面艇路徑規劃方法，包括以下步驟：

(1)使用柵格法對電子海圖中的障礙物信息進行環境建模；

(2)對每個目標點搜索與其最近的非障礙物位置；所述目標點在海上的能夠通行區域，或在大陸、島嶼上的無法通行區域；

(3)使用啟發式搜索方法對步驟(2)獲得的能夠通行區域上的路徑點對依次應用路徑規劃搜索。

所述步驟(1)具體步驟包括：

(1-1)依據所需規劃的區域的信息，使用柵格法建立初始的內部環境地圖；

(1-2)從電子海圖中讀取大陸、島嶼的無法通行的區域的信息；

(1-3)對獲取到的障礙物信息，在內部環境地圖上進行表示。

所述步驟(2)搜索與各個指定目標位置最近的能夠通行位置，具體包括：

(2-1)創建列表free_targets，并初始化為空；

(2-2)初始化隊列queue，獲取第一個目標點的位置信息，并將其加入隊列queue；

(2-3)嘗試從隊列queue中獲取節點cur；

(2-4)判斷該節點是否處于無法通行區域，是則繼續執行，否則轉到步驟(2-6)；

(2-5)將該節點的相鄰節點加入隊列queue，之后轉至步驟(2-3)；

(2-6)將當前節點添加到列表free_targets中；

(2-7)判斷是否存在下一個目標點，如果存在繼續執行，否則退出；

(2-8)清空隊列queue，并將下一個目標點加入隊列queue，之后轉至步驟(2-3)。

所述步驟(3)中，使用Theta*這種保證最終路徑和實際路徑相差不大的啟發式搜索方法對步驟(2)獲得的能夠通行的目標位置free_targets中的相鄰的路徑點依次應用路徑規劃搜索，具體包括：

(3-1)創建列表path，并初始化為空，并設置當前的目標點為起始點S，下一個目標點為終止點E；

(3-2)創建OPEN和CLOSED表，并將它們初始化為空；

(3-3)將起始點S放入到OPEN表內；

(3-4)從OPEN表中選出估計總代價值最小的節點作為當前點x，并將其從OPEN表移到CLOSE表中；

(3-5)判斷當前點x是否為終點E，是則繼續執行，否則轉至步驟(3-9)；

(3-6)依據回溯法得到最終的完整路徑，并將這些路徑點都加入到列表path中；

(3-7)設置下一個目標點為當前點，判斷是否存在下一個目標點，是則繼續執行，否則退出；

(3-8)清空OPEN和CLOSED表，并設置當前的目標點為起始點S，下一個目標點為終止點E；