[發明專利]一種基于大型衛星柵格地圖的安全路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202011378140.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112161631B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 甘勝豐;段凱漩;羅德純;周宜新;李露;王子健;徐馨蘭;黃珊;胡磊
• 申請（專利權）人: 湖北第二師范學院
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 張毅

1.一種基于大型衛星柵格地圖的安全路徑規劃方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、獲取當前區域環境的地圖圖片；

S2、基于步驟S1中所述當前區域環境的地圖圖片，建立衛星柵格地圖模型；所述衛星柵格地圖模型中包括障礙物和可行走區域，其中，所述可行走區域中，部分區域為安全吸引區域，剩余部分為非安全吸引區域；

S3、根據步驟S2中所述衛星柵格地圖模型，計算出原始地圖中障礙物之間的最小距離，并根據所述最小距離確定縮放比例，從而對原始地圖按照上述縮放比例進行縮放，得到縮放地圖；所述原始地圖為步驟S1中當前區域環境的地圖；

S4、針對步驟S3中所述縮放地圖，利用改進后的A*算法進行搜索，獲得從起始位置到目標位置的若干個路徑點，所述改進后的A*算法中：傳統的A*算法中引入參數，所述參數包括：安全系數、不安全區域占比、障礙點占比和障礙物數量；具體為：

S4-1、將步驟S3中的縮放地圖劃分為N*N個區域，且每個區域的大小和形狀均相同，分別計算出各區域的障礙點占比和障礙物數量，并根據各區域的障礙點占比和障礙物數量，計算出各區域的安全系數，具體為公式（1）；

SF_i =1-((1+F_i)*(2/(1+e^(-S_i))-1)) （1）

其中，每個區域均包括至少一個柵格，i表示第i個區域，，SF_i表示第i個區域的安全系數，F_i表示第i個區域的障礙點占比，S_i表示第i個區域的障礙物數量；

S4-2、計算出不安全區域占比，具體為公式（2）：

Pnotsafe=P/(N*N)（2）

其中，Pnotsafe表示不安全區域占比，P表示安全系數小于0的區域的總數；

S4-3、根據各區域的安全系數，計算出各區域的區域拓展代價，具體為公式（3）：

C_i=tan((1-SF_i )*pi/2)+1 （3）

其中，C_i表示第i個區域的區域拓展代價，pi表示圓周率，即為；

評價函數，具體為公式（4）：

f(n)= r₁*g(n)+r₂*h(n) （4）

其中，g(n)表示從起始位置對應的起始節點到當前位置對應的當前節點n的實際路程代價函數，h(n)表示當前節點n到目標位置對應的目標節點的估計路徑啟發函數，f(n)表示從起始節點經過當前節點n到達目標節點的代價估計函數，r₁和r₂分別為g(n)和h(n)的系數，r₁和r₂的取值根據拓展點所在區域的安全系數的大小來決定，具體為：

當拓展點所在區域的安全系數大于等于0.3時，r₁=1-Pnotsafe，r₂=1；

當拓展點所在區域的安全系數小于0.3時，r₁=1，r₂=1-Pnotsafe；

啟發函數中引入安全吸引點，具體為公式（5）：

h(n)=cnt_free+（e^（Pnotsafe+1））*cnt_obs- （e^（Pnotsafe+1））*cnt_green （5）

其中，cnt_free表示拓展點到目標節點的直線連線上的非障礙點的總數，cnt_obs表示拓展點到目標節點的直線連線上的障礙點的總數，cnt_green表示拓展點到目標節點的直線連線上的安全吸引點的總數；

S5、將步驟S4中的路徑點均投影到所述原始地圖中，得到從起始位置到目標位置的若干個新的路徑點；

S6、在步驟S5中的起始位置、若干個新的路徑點和目標位置間，利用原始的A*算法進行搜索，獲得原始地圖中一條從起始位置到目標位置的最優路徑。