[发明专利]一种依次巡查多个目标位置的无人水面艇路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，具体是一种依次巡查多个目标的水面无人艇路径规划方法。

背景技术

无人水面艇是一个拥有自主运行能力的小型水面任务平台，它可以执行的任务种类非常多，除了对环境和目标进行检测这些基础功能之外，还可以针对具体的任务类型，采用不同的模块设备来完成任务目标。目前由于其在军事领域的杰出表现和前景，世界各国都对军用无人水面艇的研发表现出很强烈的兴趣。同时因为无人水面艇在科研与民用应用中有着覆盖范围大、成本低的特点，所以无人艇在这些领域也有着广泛的应用前景。

无人水面艇自主运行能力的强弱是由路径规划能力所直接决定的。全局路径规划是利用已知的静态障碍物的信息，规划出一条避开所有已知障碍物，并且能够完成目标任务的路径，从而指导无人水面艇更高效地完成路径规划任务。目前的全局路径规划的研究大多集中在经典的“规划一条从起点到终点”的问题上。而像依次巡查多个目标位置的任务这样在实际中所需求的任务却并没有受到太多关注。

在水面无人艇的实际应用中，可能要求其依次对几个关键位置测量环境参数或者进行安全性的查看。在这些任务中都要求无人水面艇能够尽可能地依次对这几个目标位置进行探查，并且无人水面艇需要在保证不发生碰撞的前提下，走最短的路线。在该任务中，路径规划能够依据已知的障碍物信息，提前规划出一条满足任务要求的路径，进而指导无人水面艇高效地完成任务。因此设计一个依次巡查多个目标位置的无人水面艇路径规划算法是具有很大的价值的。

发明内容

本发明目的是提供一种快速、有效的依次巡查多个目标位置的无人水面艇路径规划方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种依次巡查多个目标位置的无人水面艇路径规划方法，包括以下步骤：

(1)使用栅格法对电子海图中的障碍物信息进行环境建模；

(2)对每个目标点搜索与其最近的非障碍物位置；所述目标点在海上的能够通行区域，或在大陆、岛屿上的无法通行区域；

(3)使用启发式搜索方法对步骤(2)获得的能够通行区域上的路径点对依次应用路径规划搜索。

所述步骤(1)具体步骤包括：

(1-1)依据所需规划的区域的信息，使用栅格法建立初始的内部环境地图；

(1-2)从电子海图中读取大陆、岛屿的无法通行的区域的信息；

(1-3)对获取到的障碍物信息，在内部环境地图上进行表示。

所述步骤(2)搜索与各个指定目标位置最近的能够通行位置，具体包括：

(2-1)创建列表free_targets，并初始化为空；

(2-2)初始化队列queue，获取第一个目标点的位置信息，并将其加入队列queue；

(2-3)尝试从队列queue中获取节点cur；

(2-4)判断该节点是否处于无法通行区域，是则继续执行，否则转到步骤(2-6)；

(2-5)将该节点的相邻节点加入队列queue，之后转至步骤(2-3)；

(2-6)将当前节点添加到列表free_targets中；

(2-7)判断是否存在下一个目标点，如果存在继续执行，否则退出；

(2-8)清空队列queue，并将下一个目标点加入队列queue，之后转至步骤(2-3)。

所述步骤(3)中，使用Theta*这种保证最终路径和实际路径相差不大的启发式搜索方法对步骤(2)获得的能够通行的目标位置free_targets中的相邻的路径点依次应用路径规划搜索，具体包括：

(3-1)创建列表path，并初始化为空，并设置当前的目标点为起始点S，下一个目标点为终止点E；

(3-2)创建OPEN和CLOSED表，并将它们初始化为空；

(3-3)将起始点S放入到OPEN表内；

(3-4)从OPEN表中选出估计总代价值最小的节点作为当前点x，并将其从OPEN表移到CLOSE表中；

(3-5)判断当前点x是否为终点E，是则继续执行，否则转至步骤(3-9)；

(3-6)依据回溯法得到最终的完整路径，并将这些路径点都加入到列表path中；

(3-7)设置下一个目标点为当前点，判断是否存在下一个目标点，是则继续执行，否则退出；

(3-8)清空OPEN和CLOSED表，并设置当前的目标点为起始点S，下一个目标点为终止点E；