[发明专利]一种面向海底未知地形搜索的树扩散启发式路径规划方法

说明书

本发明公开了一种面向海底未知地形搜索的树扩散启发式路径规划方法，包括下述步骤：步骤一，对地图空间进行建模；在二维空间中生成O‑XYZ坐标系，O为原点，X、Y、Z分别对应X、Y、Z轴，并对空间进行离散化处理，在坐标系中生成density*density*density个像素点，其中density表示密度，每一个像素点代表一个位置点；同时对位置点划分为可达点和不可达点，在算法中将可达点标记为0，将不可达点标记为1；本发明在航行器逐步探测海底信息的过程中，可实时运算当前搜索到的路径信息，而不需要待全部海底信息探测完成后再进行运算，节省了在探索过程中浪费的时间。

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，具体涉及一种面向海底未知地形搜索的树扩散启发式路径规划方法。

背景技术

海洋是个巨大的资源宝库，除了含有丰富的水资源以外，也蕴含着丰富的生物资源、石油资源、可燃冰资源和矿产资源，其数量非常庞大。同时，海洋面积约占地球表面积的70％，是人类未来重要的活动空间。多个世纪以来，人类不断加大对陆地资源的开发，使得陆地资源日趋枯竭，稀缺的陆地资源不足以支撑人类社会快速发展的需要，对人类起着巨大的制约影响。对此，世界各国开始对海洋资源进行探测与开发。在新世纪下，各国在对陆地资源开发的同时对海洋进行探索，能拓宽人类的生存空间，促进各国的合作交流，其具有巨大的开发潜力和战略意义。

目前，各国对海洋竞相探索与开发，但对海洋只探索了5％，还有 95％的大海海底是未知的。根据已知的海底信息可推断，未知的海洋环境往往是复杂和危险的，所以加强对海洋探测设备的研究具有重要的价值。随着科技的发展，很多国家均研发出了自主式水下机器人 (AUV)，与载人潜水器相比，AUV的体积非常小，相对比较灵活，而且所需能源也少，可大批量生产。各个研究机构为AUV搭配了各种探测设备，如传感器，使之能够探测未知区域；且每个AUV均内置计算机系统，能够感知复杂和危险的水底环境并进行决策与判断，具有强自主学习的智能性，能为使用者提供高效的环境分析。

在AUV探索过程中，需要路径规划技术来引导航行器的探索，为航行器在复杂的海底环境空间中搜索出一条从起始点到终止点的可行路径，并要求该路径具有不触碰海底障碍物、路径长度尽可能短的特性；针对这些要求，国内外已有大量相关的路径规划研究。其中，有基于虚拟势场和导航函数搜索的方法，如人工势场法、谐波函数势场、流场等等；有基于数学最优化的方法，如滚动优化、线性规划、水平集、支持向量机等等；有基于生物智能的算法，如蚁群算法、粒子群算法、遗传与进化算法、神经网络法等等；但是，以上方法均是基于地图信息全已知的前提下进行的，属于全局信息搜索，而实际情况中往往很难获得地形的全部信息，属于局部信息搜索的情况，需要航行器逐步探测来获取。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面向海底未知地形搜索的树扩散启发式路径规划方法，该方法能够实时运算当前搜索到的路径信息，节省了成本，大大提高工作效率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种面向海底未知地形搜索的树扩散启发式路径规划方法，包括下述步骤：

步骤一，对地图空间进行建模；在二维空间中生成O-XYZ坐标系， O为原点，X、Y、Z分别对应X、Y、Z轴，并对空间进行离散化处理，在坐标系中生成density*density*density个像素点，其中density 表示密度，每一个像素点代表一个位置点；同时对位置点划分为可达点和不可达点，在算法中将可达点标记为0，将不可达点标记为1；将两点之间的连线划分为可行路径和不可行路径，可行路径是指航行器可通行的路径，不可行路径是指该路径会触碰障碍物；在分析障碍物时，若地形空间的像素点被障碍物囊括，则将该像素点标记为障碍点；对于可达点，对其划分为普通可达点、边缘可达点和潜力可达点，而潜力可达点是边缘可达点的子集；

步骤二，面对未知的海底空间，航行器需要逐步探测地形环境，并评估可行路径；航行器基于起始点进行第一层的探测，即扩散操作，将探测得到的障碍点记录到障碍点集合，以及将探测得到的潜力点记录到潜力点集合；