[发明专利]一种基于自适应三角网的舰船航线自动规划方法

权利要求书

1.一种基于自适应三角网的舰船航线自动规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1：按照电子海图数据标准，解析航行所需电子海图数据，获得多幅海图数据融合的碍航区数据集；

步骤S2：针对所获取的电子海图数据，依据实际航行需求，提取电子海图数据中的空间填充点集；所述空间填充点是一类具有一定分布规律、能够表征海上环境的点群要素，记作P＝{p₁,p₂,p₃…p_n}，包括电子海图数据中的水深点、底质点；

步骤S3：综合空间填充点集、碍航区数据集中的碍航区数据边界，形成点群；去除落在融合碍航区内的无效填充点，以逐点插入法和局部动态最优方式构建约束三角网；

步骤S4：定量分析当前约束三角网的生成质量，依据调整指标自适应地调节约束三角网，去除三角网中不满足角度要求的三角形；

步骤S5：以步骤S4得到的约束三角网为基础，以真实地球球面距离为权重生成网络图；

步骤S6：基于网络图，利用深度改进的双向A*算法，初步规划起终点间的航线；所述深度改进双向A*算法的方法为：

在估值函数的计算中，获取航线规划的起终点S、E及当前搜索节点n的坐标值，分别计算当前节点n到目标点E、起始点S间的椭球面距离L(n,E)、L(n,S)，并以此为基础，计算估值函数调控因子θ：

此时，A*算法中用于节点搜索的启发函数F(n)，其形式为：

F(n)＝G(n)+θ×H(n)

其中，G(n)为自起始点到当前节点所累积的权重值；H(n)为估价函数，用于估计从当前节点移动到目标点的代价；

在节点搜索过程中，建立航线规划起终点之间的连线k_SE，将该连线看作空间中某一矩形的对角线，设定由该对角线所确定的唯一矩形Poly；若该矩形边界同碍航区相交，则向外扩充直至扩充后的矩形边界不与碍航区相交为止；将扩充后的矩形Poly'视为节点搜索范围，其边界为节点搜索的边界，当所搜节点越出边界时，跳过该节点；最终得到起终点S、E间的初步航线Route；

步骤S7：对初步规划结果进行平滑与优化，控制航程误差，得到最终航线规划结果；具体方法为：

获取初步规划的航线Route，提取航线经过的各三角形之间的邻边，将其称为穿出边，将穿出边集合记为L＝{l₁,l₂,l₃,…,l_n}；从航线规划的起点S开始，找到当前航路节点所在的三角形和穿出边l_n，将当前节点同穿出边l_n的左、右两个端点相连，形成左右测线；寻找下一航路点所对应的穿出边l_n+1，并分别判断该穿出边的两个端点是否在左右测线之间，若是，则将穿出边l_n+1的端点更新为新的左测线端点或右测线端点，若否，则不更新测线；继续搜索后续节点，若出现穿出边左右端点均在测线左侧或右侧时，则当前测线的左端点或右端点即为航线中的有效航路点；不断向前循环，直至搜索至终点E，获取起终点间的所有有效航路点，优化出一条完整的最短距离航线Route'；

步骤S8：以坐标数组的形式输出所有航路点，生成所规划的航线。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应三角网的舰船航线自动规划方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

当获取到已构建的约束三角网中的所有三角形后，逐一遍历三角网中三角形的最小内角形成集合并以此计算角度调节因子a：

a＝avg[max(A_min),min(A_min)]

然后，逐一遍历当前三角形t的最小内角若获取当前三角形t的外接圆圆心，将其看作空间填充点，重构局部三角网，直到所有三角形的最小内角均大于角度调节因子为止。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于自适应三角网的舰船航线自动规划方法，其特征在于：所述步骤S5中，构建网络图的权重计算方式为：若三角网中两相邻三角形分别为t'_n、t'_n+1，则将网络图中由t'_n至t'_n+1的权重设为L(t'_n,t'_n+1)，其中L(t'_n,t'_n+1)为t'_n、t'_n+1两三角形重心点间的椭球面距离。