[發明專利]一種基于IA*算法的智能無人船舶路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201811341834.3
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109374004B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 王曉原;夏媛媛;劉亞奇;董曉斐;朱慎超;唐學大
• 申請（專利權）人: 智慧航海（青島）科技有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明涉及一種基于IA*算法的智能無人船舶路徑規劃方法。所述方法包括：無人船舶根據已知的電子海圖、出發點信息、目的點信息和所述無人船舶的基本信息，獲取具有障礙物信息的柵格化信息；按照16個方向的航路點搜索方式，獲取當前航路點的相鄰航路點，采用綜合評價函數獲取每一個相鄰航路點的評估值；從評估值中選取最小值對應的相鄰航路點作為選取的航路點，重復上述航路點獲取步驟直至獲取到目的點信息。本發明使得規劃效率高、轉向角度小且路徑最短、安全穩定。算法規劃速度快，能有效避碰突發障礙物，可用于大型智能無人船舶自主航行系統中，通過本方法，進行全局航線設計或局部避障路徑規劃。

技術領域

本發明智能無人船舶路徑規劃領域，尤其涉及一種基于IA*算法的智能無人船舶路徑規劃方法。

背景技術

智能無人船舶是一種無人駕駛船舶，擁有自主航行、智能機艙、能效管理、貨物運輸和智能集成平臺，它融合了船舶、通信、自動化、機器人控制、遠程監控、網絡化系統等技術，可實現自主導航、智能避障等功能。與有人駕駛船相比，智能無人船舶具有安全系數高，經濟環保，綠色節能的優點。而對智能無人船舶的路徑規劃，是智能無人船舶自主航行系統的核心內容。

目前關于智能無人船舶的路徑規劃方法有多種，但是，這些已有的路徑規劃方法未考慮良好船藝，與障礙物距離較近，易造成船舶擱淺后果，無法達到快速、安全、穩定避障。并且已有方法的適用范圍是小型無人艇，而未涉及大型無人船舶的局部避障路徑規范。

在無人駕駛領域，常采用A*算法進行路徑規劃。A*算法是從出發點開始展開扇形捜索，通過計算當前節點與其8個方向鄰節點的代價估計值，查找出最小代價值的路徑即為最優路徑，是應用較廣泛高效的方法。但是，傳統A*算法集中于不同終點數量的全局最短路徑規劃問題上。對于應用于智能無人船舶來說，需要綜合考慮海洋環境的復雜性、船舶操縱性能及能耗，A*算法缺乏實際航海應用的可行性。

因此，提出一種基于IA*算法的適用于大型智能無人船舶路徑規劃方法是非常必要的。

發明內容

(一)發明目的

針對現有關于智能無人船舶的路徑規劃方法中無法保證智能無人船舶安全穩定高效航行的弊端以及基于A*算法的智能無人船舶全局路徑規劃中路徑存在較大轉向且與障礙物之間距離較近的問題，提供可生成安全、穩定、最優航線的基于改進A*算法(IA*算法，Improved A*Algorithm)的智能無人船舶路徑規劃方法。解決船舶操縱性差和易擱淺的問題，達到快速、安全、穩定避障的效果，增加智能無人船舶的操縱性，避免因轉向角度過大而造成船舶側翻、傾覆，對實現智能無人船舶智能航行提供依據。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明一種基于IA*算法的智能無人船舶路徑規劃方法，包括：

S1、無人船舶根據已知的電子海圖、出發點信息、目的點信息和所述無人船舶的基本信息，獲取具有障礙物信息的柵格化信息；

S2、將出發點設為當前航路點；

S3、按照16個方向的航路點搜索方式，獲取當前航路點的相鄰航路點，判斷所述相鄰航路點是否處于所述障礙物信息內，若否，則針對不在所述障礙物信息內的每一個相鄰航路點，采用綜合評價函數獲取每一個相鄰航路點的評估值；

S4、從評估值中選取最小值對應的相鄰航路點作為選取的航路點；將當前航路點設為選取的航路點的父航路點，記錄選取的航路點信息，并將選取的航路點設為當前航路點；

重復步驟S3-S4、直至獲取到目的點信息；

S5、從終點開始，依據選取的航路點信息及父航路點信息依次輸出航路點，獲得規劃路徑。

所述步驟S1中，所述無人船舶的基本信息包括：無人船舶的性能參數、航行狀態數據。

所述步驟S1包括，