[发明专利]一种无人艇全局路径规划方法

摘要

本发明公开了一种无人艇全局路径规划方法。主要步骤包括：(1)获取无人艇运动状态信息和环境感知信息；(2)建立感知环境模型；(3)采用K近邻学习算法对环境栅格进行危险度预测；(4)采用改进A*算法进行路径搜索。本发明针对水面无人艇在实际航行过程中的安全性要求，在建立路径规划环境模型时，采用K近邻算法对水面无人艇所处环境中的危险区域进行预测，同时，在采用A*算法进行路径搜索时，在其估价函数中引入安全代价，确保规划路径的安全性。

主权项

1.一种无人艇全局路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取无人艇运动状态信息和环境感知信息，其中运动状态信息包括：无人艇当前位置坐标(s_x,s_y)、速度u、航向角姿态角，环境感知信息包括障碍物位置坐标；S2：采用栅格法建立环境模型，包括：S2.1：选定无人艇作业区域范围；S2.2：对无人艇作业区域进行栅格化，取栅格边长l＝u·Δt，其中，u为无人艇的平均航速，Δt为无人艇的运动控制节拍；S2.3：对S2.2中的作业区域的栅格进行编码；S2.4：将通过感知设备得到的作业区域内的障碍物元素标识到S2.3编码后的栅格中，包含障碍物的栅格为障碍物栅格，不包含障碍物的栅格为自由栅格，将障碍物栅格标记为0，将自由栅格标记为1；S3：对每一个自由栅格采用K近邻学习算法进行危险度预测，预测结果为危险栅格的自由栅格标记为2；S4：采用A*算法进行路径搜索，包括：S4.1：建立OPEN列表和CLOSE列表，把起始栅格s添加到OPEN列表；S4.2：寻找OPEN列表中估价函数f(m)最低的栅格，记为当前栅格i，把该栅格i移动到CLOSE列表；S4.3：扩展当前栅格i，得到当前栅格i的全部相邻栅格，对每个相邻栅格执行以下操作：S4.3.1:如果相邻栅格m为障碍物栅格或者已经在CLOSE列表中，略过它；否则执行接下来的步骤：S4.3.2:如果相邻栅格m不在OPEN列表中，则把相邻栅格m添加到OPEN列表中，把当前栅格i作为相邻栅格m的父栅格，记录相邻栅格m的估价函数值f(m)、路径代价与安全代价之和G(m)和从当前栅格m到终点栅格最小代价的估计h(m)；S4.3.3:如果相邻栅格m已经在OPEN列表中，如果满足：G(m)＜G(i)+L(i,m)则将相邻栅格m的父节点改成当前栅格i，并且重新计算相邻栅格m的G(m)和f(m)值；其中，L(i,m)表示从栅格i到相邻栅格m的实际路径代价；如果栅格i与相邻栅格m是直连接，即满足：|i_x‑m_x|+|i_y‑m_y|＝1式中，i_x表示栅格i在栅格环境模型中的横向坐标，i_y表示栅格i在栅格环境模型中的纵向坐标，m_x表示栅格m在栅格环境模型中的横向坐标，m_y表示栅格m在栅格环境模型中的纵向坐标，则L(i,m)为一个栅格长度；如果栅格i与其相邻栅格m是斜连接，即满足：|i_x‑m_x|+|i_y‑m_y|＝2式中，i_x表示栅格i在栅格环境模型中的横向坐标，i_y表示栅格i在栅格环境模型中的纵向坐标，m_x表示栅格m在栅格环境模型中的横向坐标，m_y表示栅格m在栅格环境模型中的纵向坐标，则L(i,m)为个栅格长度；S4.4：重复执行S4.2‑S4.3直至目标节点t添加进了CLOSE列表或者OPEN列表已经空了；当目标节点t添加进了CLOSE列表，则表明最优路径被找到，从目标栅格开始依次回溯父栅格，直到起始栅格，即得到从起始栅格到目标栅格的最优路径；没有找到目标节点，OPEN列表已经空了，表明路径不存在。