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机械工程学会摩擦学分会 固体润滑国家重点实验室 摩擦学学报
一种面向单艘无人测量船艇覆盖路径规划方法
专利摘要

一种优化的单艘无人测量船艇覆盖路径规划方法，属于路径规划领域，包括：初始化所有栅格的GT值为ue，预设各个栅格赋值BV a0，输入坐标并继续更新预设地图；根据栅格，导入静态地图；根据静态地图，输入坐标并继续更新预设地图（S101）；根据预设地图，USMV输出自身位置信息ω及障碍物信息η，开始更新地图；根据更新的地图输出栅格状态列表GT_list，BL 0级地图接受地图信息和USMV信息输入，开始规划路径，输出目标点tp给USMV（S102）；若在BL 0级陷入局部最优，则向上逐层更新地图层级，并在对应层级中寻找tp：若得到tp列表，则根据代价值计算得出最终tp，传递给USMV并使其切换至tr状态，到达后回落至BL 0级地图继续规划（S103）；若在最高层级BL L地图中仍未找到tp，则任务结束，验查地图情况并输出E状态（S104）。由此，能够提升无人测量船艇复杂作业环境下覆盖率和覆盖效果，提高单艘无人测量船艇的作业效率。 ......

基本信息
  • 专利类型:

    发明专利

  • 申请/专利号:

    PCT/CN2021/117160

  • 申请日期:

    2021-09-08

  • 专利申请人:

    武汉理工大学

  • 分类号:

    G01C21/34

  • 发明/设计人:

    马勇 ， 王京 ， 毕华雄 ， 严新平 ， 郑元洲

  • 权利要求: 1.一种面向单艘无人测量船艇覆盖路径规划方法，其特征在于，包括：(1)将环境地图栅格化，初始化所有栅格的GT值为ue，对BL0级地图中的栅格α0赋值随后导入初始化后的环境地图，输入坐标并继续更新环境地图，其中，ue表示未完成测深任务的自由空间；(2)根据更新后的环境地图，USMV输出自身位置信息ω及障碍物信息η，开始更新环境地图，根据更新的环境地图输出栅格状态列表GT_list，根据GT_list，BL0级地图接收地图信息和USMV信息输入，开始规划路径，输出目标点tp给USMV，其中，tp表示USMV下一目标点所处位置的栅格索引值；(3)若在BL0级地图陷入局部最优，则向上逐层更新地图层级BL0，并在对应层级中寻找目标点tp，若得到目标点tp列表，则根据代价值计算得出最终目标点tp，将最终目标点tp传递给USMV并使其切换至tr状态，到达tr状态后回落至BL0级地图继续规划，其中，tr状态表示使USMV处于Travel状态，达到局部最优后的非正常任务状态；(4)若在最高层级BLL地图中仍未找到目标点tp，则任务结束，验查最高层级BLL地图情况并输出E状态，其中，E状态表示结束状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：首先更新GT_list，由于USMV尚未开始遍历，exp个数为0，故将绝大多数栅格定义为ue状态，随后计算预设BL0级地图栅格α0赋值并逐级更新，直到最高层级BLL级，最后导入环境地图信息，分别更新障碍物、禁区及可航水域，与此同时，USMV开始记录及传递自身位置ω和障碍物位置η，循环遍历正式开始，其中，exp表示已完成测深任务的自由空间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：将USMV在更新后的环境地图中的探测领域记为D0(ω)，ω∈D0(ω)，其中，D0(ω)中包含了USMV当前位置能感知到的所有栅格信息；对于D0(ω)中的任一栅格α0，若与ω的连线不经过fz或obs状态栅格，且自身势能值为正值，则将满足上述要求的栅格集合定义为优先领域，D0(μ)表示从D0(ω)中确定的优先领域；对于BL0级地图的覆盖而言，USMV的优先路径是完成单条扫测线方向上的覆盖任务，因此优先选取D0(ω)中同扫测线上的栅格为目标点，定义D0(ω)中位于北、南两个方向的栅格为ωN，ωS，若BVω＞0且BV为栅格势能值，为了规避大规模回溯的情形，优先在两者中选取与障碍物相邻的栅格，记为tpobs，在ωN及ωS均符合的情形下，引入代价计算公式，计算两种路径产生的潜在代价值J(tp)，从局部和全局的角度选择相对最优路径；若ωN及ωS中只有一侧存在临近障碍物，则优先前往存在临近障碍物的ωN或ωS方位开始遍历，在BVω＞0的情形下，USMV所处的ω栅格尚未探索，上下2个方位中一侧为已完成任务或障碍物区域，另一侧则为尚未探索的自由空间，此时ω即为tp点，USMV切换为tc指令，以指导USMV开始实际测深任务；若则USMV已完成单条扫测线上的任务，开始转向下一阶段的遍历，此时将F0中值最大的栅格α0作为tp点，开启下一步动作；若以上情形均判定不符，则认定USMV此时处于局部最优的状态，最可能的情形是驶入凹形障碍物领域或被BV≤0的区域充斥围绕，此时开启高层级地图阶段开始寻径，并输出tr指令。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由确定所述优先领域。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由J(tp)＝kθ·θ(ω,tp)+kd·d(ω,tp)+kul·Nexp确定所述潜在代价值，其中，d(ω,tp)＝;;(ωx,ωy)-(tpx,tpy);;2，kθ表示转弯代价系数，可视为单位转弯角度代价；θ表示角度变化的绝对值；kd表示距离代价系数，可视为单位距离移动代价；d表示欧几里得距离；kul表示全局趋势系数，可视为转换局势的代价；Nexp表示输入方向的ue状态栅格数目，(ωx,ωy)表示ω点的横纵坐标，(tpx,tpy)表示tp点的横纵坐标。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：切换至l＝1的BL1级阶段，在Fl中寻找最大的1级地图栅格αl，根据地图更新方式，高级栅格包含了其对应的低级栅格，此时在高级栅格tp列表中可能存在不少于2个tp点，继续在COM状态计算其潜在代价值J(tp)，从中选取最优tp点，USMV将开始测深任务，其中，对BLl级地图阶段的探测领域和优先领域做出定义：定义位于BLl级地图位置为ω，且探测范围为RL的USMV探测领域为Dl(ω)，其中，ω∈Dl(ω)；定义探测领域Dl(ω)中，与ω可通过邻接路径到达，且自身为正值的领域为优先领域BLl级地图阶段是指层级高于BL0级地图的阶段，即1≤l≤L，L表示地图阶段数；局部最优情形在绝大多数情形下发生于障碍物尾端或扫测线末端，采用贪心算法计算tr状态的邻接路径，即继续跟踪障碍物轮廓，直到能够直 接移动至目标点时，脱离进入局部最优区域的状态并到达目标点，在扫测任务中，针对动态障碍物存在的场景，USMV首先施行避碰动作，并切换为tr状态，在驶过让请后继续回落至BL0级地图，恢复覆盖作业，若l＝1时仍无法脱离局部最优，逐级递增更新地图，直到得出tp点，当l＝L时仍无解，则初步判定遍历完成。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在BLl级地图阶段，优先领域具体表示为：8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：通过已知部分环境信息，复查遗漏区域，生成覆盖率信息，并根据USMV实际状态需求，考虑是否切换tr状态执行回程或特定区域继续扫测任务。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
原文

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