[发明专利]一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法

权利要求书

1.一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、设定无人艇规划任务相关的参数；

步骤2、根据步骤1的参数，构建全局环境模型；

步骤3、利用LT-D*Lite算法进行全局路径规划；

步骤4、根据无人艇的感知系统输入的动态目标信息，基于无人艇的速度位置和速度信息建立局部态势图；

步骤5、判断无人艇的当前位置是否为终点，若到达终点则结束规划，否则重复步骤4，直至本艇到达终点。

2.根据权利要求1所述的一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：所述任务相关的参数包括：无人艇的尺寸、吃水、操作性能、起点位置、终点位置、设定任务开始时间和航行速度。

3.根据权利要求1或2所述的一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、根据步骤1的无人艇航行的起点位置和终点位置的坐标，从海图库中提取预处理的矢量电子海图，再从矢量海图中提取电子海图属性数据、航行海域海图水深数据、海流数据和障碍物数据、海图定位误差并进行相应的格式转化与属性数据处理；

步骤2.2、计算最小安全水深，并根据无人艇水动力特性参数和海图图幅大小确定栅格的分辨率；

步骤2.3、根据步骤2.1所得到的航行海域海图水深数据、障碍物数据以及步骤2.2所的栅格的分辨率，采用插值算法对水深进行插值，获得栅格化预测水深；

步骤2.4、根据步骤1的设定任务开始时间和航行速度，通过预报数据获取任务水域水文、气象和潮汐信息；

步骤2.5、根据步骤2.2得到栅格的分辨率，对步骤2.4获得的任务水域水文、气象和潮汐信息进行处理，并在步骤2.3的基础上利用插值方法获得动态水深分布和海流分布；

步骤2.6、根据步骤2.2计算的最小安全水深和步骤2.5获得的动态水深分布和海流分布构建全局环境模型。

4.根据权利要求3所述的一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体实现方法为：通过建立水动力模型或者水池实验，分析计算无人艇在不同水动力条件下的航行姿态变化特征，对实际海洋环境中的航行姿态变化进行估计：

根据计算最小安全水深，

其中，S_min为最小安全水深，z_max为无人艇以不同航速在不规则波中航行所产生向下的垂荡运动的最大幅值；L为无人艇的艇长；θ_max为无人艇在不同工况的不规则波中航行所产生的俯仰运动的幅值最大值；为无人艇的平均吃水；e_enc为电子海图的水深值误差；

根据无人艇水动力特性参数和海图图幅大小确定栅格的分辨率：根据最小转弯半径R_min、海图定位误差e_p、无人艇艇长L以及电子海图范围计算栅格的分辨率，并且，栅格大小选择应使栅格数不大于10⁸，同时栅格大小应不小于3L+R_min+e_p，不大于10L+4R_min+2e_p。

5.根据权利要求3所述的一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤2.3的具体实现方法为：采用含障碍的样条函数插值算法，将步骤2.1所得障碍物数据作为障碍物输入要素，将水深数据作为插值输入数据，设置样条插值函数中的平滑系数，对稀疏水深点进行插值，获得栅格化预测水深。

6.根据权利要求3所述的一种考虑动态水深的无人艇动态安全轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤2.5的具体实现方法为：瞬时水深为：

S(x,y,t)＝D(x,y)+T(x,y,t)+Δ(x,y,t)

其中，S(x,y,t)为(x,y)栅格在时刻t的瞬时水深值；D(x,y)为该栅格点的静态水深值，T(x,y,t)为该栅格时刻t的潮位值；Δ(x,y,t)为该格网点在时刻t影响水位变化的其他因素所产生的水深变化，T(x,y,t)与Δ(x,y,t)的和构成瞬时水深中的动态水深项。