[发明专利]一种面向船舶应用的立体路径计算方法

权利要求书

1.一种面向船舶应用的立体路径计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过坐标转换矩阵，将船舶室内路径的二维坐标进行转换得到船舶室内路径的三维坐标；

步骤二：基于步骤一中得到的船舶室内路径的三维坐标和改进的A*算法，依次分段进行船舶室内立体路径计算,所述步骤二中改进的A*算法表达式为：

F(n)＝G(n)+H(n)+Risk(n) (4)

其中，G(n)为耗散函数，表示从起点到节点n的实际路径代价；

H(n)是有可能生成路径的启发函数，表示节点n到目标点的最佳路径估计代价，采用欧式距离表示：

F(n)是生成的路径评价函数，表示通过节点n从起点到达目标点的路径代价；

x表示当前节点与目标节点x轴的差值；y表示当前节点与目标节点y轴差值；z表示当前节点与目标节点z轴差值；

假设距离节点n最近的障碍点为O_n，其中d₀为O_n与节点n的距离，w₀为距离障碍小于安全距离d_max时的惩罚系数；

步骤三：将根据改进的A*算法计算后的路径，进行计算，通过路径参数设置转换为CZML数据格式；

步骤四：转换后的CZML数据再通过三维插件进行加载和渲染；最后在地图上可视化呈现三维路径。

2.如权利要求1所述的面向船舶应用的立体路径计算方法，其特征在于，所述步骤一将船舶室内路径的二维坐标矩阵补充路径位置所在舱室楼层的空间高度数据h₁,h₂,..,h_n,得到三维坐标矩阵如下：

其中D₃是路径对应位置的三维坐标矩阵，通过舱室所在高度将二维坐标矩阵转换为三维坐标矩阵；为了保证精确性，引入了高度转换公式，如下所示：

D₃'＝D₃T'(2)

展开为：

其中，h₁,h₂,..,h_n表示路径位置所在舱室楼层的空间高度，h表示舱室楼层的空间高度与空间寻路地址坐标的高度转换系数。

3.根据权利要求1所述的面向船舶应用的立体路径计算方法，其特征在于：所述步骤二中依次分段进行船舶室内立体路径计算的具体步骤如下所示：

(1)初始化三维坐标，构建三维数组；三维数组为1代表实际位置有障碍，为0代表无障碍；考虑到与障碍物安全半径，可做三维膨胀操作；

(2)创建open集和close集；将起点加入open集；

(3)选出open集中F最小的节点，判断其是否满足约束，满足则将其移入到close集；否则在open集中删除该节点；然后重复操作(3)；

(4)判断当前移入点是否是终点，如是终点则查找完毕，获得初步路径P_i；否则获取当前点下一步可到达的所有点；

(5)若(4)找到的点在open集中，若G比之前计算的小，则更新该点数据；若不在，计算这些点的F、G、H值并将这些点加入open集,F、G、H即公式(4)中F(n)、G(n)及H(n)的值；

(6)跳转到步骤(3)，直到当前移入的点为终点；

(7)定义初步路径的节点数为m个；改进平滑处理后的路径为P_p；

(8)判断P_i的节点是否小于等于m；是则执行下一步，否则将P_i上非N节点赋值给P_p；

(9)获得第i个节点和第i+2个节点所在的线段l_i,i+2；

(10)判断线段l_i,i+2上是否存在障碍物若不存在，则执行下一步，否则执行第(6)步；

(11)将P_i上第i+1个节点删除；

(12)设置当前节点为下一节点，转到(2)；

(13)最终获得改进算法处理后所得的优化路径；

(14)对该路径进行B样条平滑算法处理，平滑处理时需要加入角度约束，使其更加符合实际需要；

(15)获得处理后的优化路径。

4.根据权利要求1所述的面向船舶应用的立体路径计算方法，其特征在于：所述步骤三中路径参数包括时间速率、路径材质、路径宽度及路径指示方向。