[發明專利]一種面向單艘無人測量船艇覆蓋路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202010987645.4
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112113573B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 馬勇;王京;畢華雄;嚴新平;鄭元洲
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉秋芳;張宇

本發明公開一種優化的單艘無人測量船艇覆蓋路徑規劃方法，屬于路徑規劃領域，所述方法包括：初始化所有柵格的GT值為ue，預設各個柵格賦值輸入坐標并繼續更新預設地圖；根據所述柵格，導入靜態地圖；根據所述靜態地圖，輸入坐標并繼續更新預設地圖；根據所述預設地圖，USMV輸出自身位置信息ω及障礙物信息η，開始更新地圖；根據所述更新的地圖輸出柵格狀態列表GT_list，BL₀級地圖接受地圖信息和USMV信息輸入，開始規劃路徑，輸出目標點tp給USMV；若在BL₀級陷入局部最優，則向上逐層更新地圖層級，并在對應層級中尋找tp：若得到tp列表，則根據代價值計算得出最終tp，傳遞給USMV并使其切換至tr狀態，到達后回落至BL₀級地圖繼續規劃；若在最高層級BL_L地圖中仍未找到tp，則任務結束，驗查地圖情況并輸出E狀態。通過本發明能夠提升無人測量船艇復雜作業環境下覆蓋率和覆蓋效果，提高單艘無人測量船艇的作業效率。

技術領域

本發明屬于路徑規劃領域，更具體地，涉及一種優化的單艘無人測量船艇覆蓋路徑規劃方法(IBA*)。

背景技術

海洋測量作業是構建海洋信息化的基礎性工作，對國家海洋資源開發有著重要的經濟意義。測量人員面臨勞動強度高、安全風險大的問題。各類危險場景使得傳統測量手段難以實施。

無人船艇(Unmanned Surface Vessel,USV)是一種能夠在各種海洋環境下自主安全航行并執行各種任務的海上智能平臺。無人測量船艇(Unmanned Surface MappingVehicle,USMV)用于海洋測量能夠提高測繪作業效率，降低水下地形測繪出圖成本和作業安全風險，非常適合替代或輔助傳統的海洋測量，具備廣闊的應用前景。現階段，單艘USMV在測量覆蓋作業時易受到續航能力、作業效率方面的局限，而多USMV協同掃測可以提高區域覆蓋作業效率，縮短完成任務的時間，因此具有更好的任務執行能力。作為水上協同測量作業開展的基礎和前提，開展多USV覆蓋路徑規劃研究意義重大。

目前覆蓋路徑規劃研究多集中于地面移動機器人領域。與地面移動機器人相比，USMV作業范圍更大、水域環境更復雜，對覆蓋路徑規劃算法的效率和魯棒性提出了更高要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種面向單艘無人測量船艇覆蓋路徑規劃方法，提升無人測量船艇復雜作業環境下覆蓋率和覆蓋效果，提高無人測量船艇的作業效率。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種面向單艘無人測量船艇覆蓋路徑規劃方法，包括：

(1)將環境地圖柵格化，初始化所有柵格的GT值為ue，對BL₀級地圖中的柵格α₀賦值隨后導入初始化后的環境地圖，輸入坐標并繼續更新環境地圖，其中，ue表示未完成測深任務的自由空間；

(2)根據更新后的環境地圖，USMV輸出自身位置信息ω及障礙物信息η，開始更新環境地圖，根據更新的環境地圖輸出柵格狀態列表GT_list，根據GT_list，BL₀級地圖接收地圖信息和USMV信息輸入，開始規劃路徑，輸出目標點tp給USMV，其中，tp表示USMV下一目標點所處位置的柵格索引值；

(3)若在BL₀級地圖陷入局部最優，則向上逐層更新地圖層級BL₀，并在對應層級中尋找目標點tp，若得到目標點tp列表，則根據代價值計算得出最終目標點tp，將最終目標點tp傳遞給USMV并使其切換至tr狀態，到達tr狀態后回落至BL₀級地圖繼續規劃，其中，tr狀態表示使USMV處于Travel狀態，達到局部最優后的非正常任務狀態；

(4)若在最高層級BL_L地圖中仍未找到目標點tp，則任務結束，驗查最高層級BL_L地圖情況并輸出E狀態，其中，E狀態表示結束狀態。