一种航迹规划算法的优化方法技术

一种航迹规划算法的优化方法，包括：S1、根据船舶当前位置、目标点位置，采用航迹规划算法获取航迹规划中用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C；S2、对集合C中每一个节点，采用Dijkstra搜索方法获取每一个节点目标边界框；S3、在遍历集合C中每个节点的邻域搜索下一可行节点时，选取当前节点邻域内处于非障碍物区域且处于当前节点目标边界框内的节点作为下一可行节点；根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断；S4、遍历集合C，获取最优航迹路线。不仅避免航迹规划算法探索冗余无效的节点，而且避免航迹规划算法探索节点向错误的方向扩展，从而加快寻路的速度，提高算法运行的效率。

An Optimal Method of Route Planning Algorithms

【技术实现步骤摘要】
一种航迹规划算法的优化方法
本专利技术涉及无人驾驶船舶航行控制
，尤其涉及一种航迹规划算法的优化方法。
技术介绍
随着航运事业的不断发展，大量船舶频繁活动于港口和海上交通要道，加之船舶向大型化、高速化发展，使得海上航行变得拥挤不堪，航行效率降低。地理信息系统的研究和发展，为建设智能化的交通系统，改善海运交通状况，提供了理论支持和技术保障。海上航线的选择，关系到船舶最小时间花销等效率问题，从而关系到船舶航运成本问题。如何减小航运时间花销，节省航运成本，提高海上航运竞争力，成为各船舶航运公司最为关注的问题。船舶航迹规划是指船舶根据航行环境在保证安全的前提下自主规划出一条最优路径，即船舶在航运时避开各种动态或静态碍航物的最短路径。基于图形搜索空间寻点的路径规划算法是目前常用且有效的航迹规划方法，其中，图形中的点与空间中的坐标相关联，比如网格、路点图、四叉树、八叉树、导航网格等。但是，基于图形搜索空间寻点的路径规划算法在应用过程中往往会出现冗余无效的节点，不仅占用内存，降低执行效率，且会增加算法的执行时间。现有的节点剪枝技术可大幅降低基于图形搜索空间的路径规划算法中冗余节点的数量，但由于现有的节点剪枝技术均为节点探索策略的调整，仍无法避免节点向错误的方向探索扩展。因此，亟需一种基于目标边界的航迹规划方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种航迹规划算法的优化方法。不仅避免航迹规划算法探索冗余无效的节点，而且避免航迹规划算法探索节点向错误的方向扩展，从而大幅减少节点扩展的数量，加快寻路的速度，提高算法运行的效率，同时保证算法本身的优越性。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种航迹规划算法的优化方法，包括：S1、根据船舶的当前位置坐标、目标点的位置坐标，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C。S2、针对集合C中的每一个节点，采用Dijkstra搜索方法获取每一个节点的目标边界框。S3、在遍历集合C中的每一个节点的邻域搜索下一可行节点时，选取当前节点邻域内处于非障碍物区域且处于当前节点目标边界框内的节点作为下一可行节点；根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断。S4、遍历集合C，获取最终输出的航迹路线。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，步骤S1中，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C，包括：根据用于判断航路点的节点集合O和节点代价计算规则，选取集合O中代价最小的节点加入已经判断航路点的节点集合C。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，节点代价计算规则为：F＝G+H，其中，F为节点的路径总代价，G为从船舶的起点到节点的路径耗费，H为从节点到船舶的终点的路径耗费。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，步骤S3中，根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断，包括：判断下一可行节点是否位于集合O中，如果是，以可行节点G值较小的路径为依据，更新可行节点的父节点、G值与F值，否则，将可行节点加入集合O中，并对该可行节点的父节点进行标记。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，步骤S4包括：遍历集合C；以船舶航行的终点为起始，沿着父节点逆向循迹，直至船舶航行的起点；将逆向循迹的路径作为船舶航行起点至终点的最优路径，进行输出。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，步骤S1中还包括：采用宽度优先搜索算法判断船舶的当前位置坐标和目标点的位置坐标是否在同一连通区；如果在，采用航迹规划算法，获取集合O和集合C；如果不在，重新设置船舶的当前位置坐标和目标点坐标。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，步骤S2中，采用Dijkstra搜索方法获取每一个节点的目标边界框，包括：对节点进行无目的地Dijkstra搜索，获得节点每个搜索方向上Dijkstra搜索映射中的节点；根据每个搜索方向上Dijkstra搜索映射中的节点的最小外接矩形，构建每个搜索方向边界框；选取包含有船舶目标点的搜索方向边界框，作为当前节点的目标边界框。作为本专利技术航迹规划算法的优化方法的一种改进，航迹规划算法包括A星算法、Dijkstra路径规划算法、最佳优先搜索算法、深度优先搜索算法、宽度优先搜索算法和跳点搜索算法等基于图形搜索空间寻点的路径规划算法。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：1、本专利技术依据当前节点构建包含下一可行节点和终点的目标边界框，作为航迹规划算法搜索下一局部目标点的区域界定，可以深度优化基于图形搜索空间的航迹规划算法。不仅能够避免航迹规划算法探索冗余无效的节点，而且可以避免航迹规划算法探索节点向错误的方向扩展，从而大幅减少了节点扩展的数量，加快寻路的速度，提高算法运行的效率。2、本专利技术提供的基于目标边界的航迹规划方法，应用范围广，适用于任何基于图形搜索空间的航迹规划算法，其中的图形只需满足图形中的点与空间中的坐标相关联，比如网格、路点图、四叉树、八叉树和导航网格等；其中，航迹规划算法包括A星算法、Dijkstra路径规划算法、最佳优先搜索算法、深度优先搜索算法、宽度优先搜索算法和跳点搜索算法。并且可以大幅提高相关航迹规划算法的执行效率。3、本专利技术提供的基于目标边界的航迹规划方法，不会改变航迹规划算法的内部结构，从而可以保证原始算法本身的优越性。附图说明本专利技术借助于以下附图进行描述：图1为本专利技术实施例1中基于目标边界和A星算法航迹规划方法的流程图；图2为本专利技术实施例1中网格地图上当前节点的每个搜索方向边界框的示意图；图3为仿真实验中应用的栅格地图；图4为仿真实验中传统A星算法进行航迹规划的示意图；图5为仿真实验中基于目标边界的传统A星算法进行航迹规划的示意图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本专利技术提供了一种航迹规划算法的优化方法，包括以下步骤：步骤S1、根据船舶的当前位置坐标、目标点的位置坐标，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C。具体地，采用宽度优先搜索算法判断船舶的当前位置坐标和目标点的位置坐标是否在同一连通区；如果在，采用航迹规划算法，获取集合O和集合C；如果不在，重新设置船舶的当前位置坐标和目标点坐标。具体地，根据用于判断航路点的节点集合O和节点代价计算规则，选取集合O中代价最小的节点加入已经判断航路点的节点集合C。其中，节点代价计算规则为：F＝G+H，其中，F为节点的路径总代价，G为从船舶的起点到节点的路径耗费，H为从节点到船舶的终点的路径耗费。步骤S2、针对集合C中的每一个节点，采用Dijkstra搜索方法获取每一个节点的目标边界框；具体地，对节点进行无目的地Dijkstra搜索，获得节点每个搜索方向上Dijkstra搜索映射中的节点；根据每个搜索方向上Dijkstra搜索映射中的节点的最小外接矩形，构建每个搜索方向边界框；选取包含有船舶目标点的搜索方向边界框，作为当前节点的目标边界框。步骤S3、在遍历集合C中的每一个节点的邻域搜索下一可行节点时，选取当前节点邻域内处于非障碍物区域且处于当前节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航迹规划算法的优化方法，其特征在于，包括：S1、根据船舶的当前位置坐标、目标点的位置坐标，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C；S2、针对集合C中的每一个节点，采用Dijkstra迪杰斯特拉搜索方法获取每一个节点的目标边界框；S3、在遍历集合C中的每一个节点的邻域搜索下一可行节点时，选取当前节点邻域内处于非障碍物区域且处于当前节点目标边界框内的节点作为下一可行节点；根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断；S4、遍历集合C，获取最终输出的航迹路线。

【技术特征摘要】
1.一种航迹规划算法的优化方法，其特征在于，包括：S1、根据船舶的当前位置坐标、目标点的位置坐标，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C；S2、针对集合C中的每一个节点，采用Dijkstra迪杰斯特拉搜索方法获取每一个节点的目标边界框；S3、在遍历集合C中的每一个节点的邻域搜索下一可行节点时，选取当前节点邻域内处于非障碍物区域且处于当前节点目标边界框内的节点作为下一可行节点；根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断；S4、遍历集合C，获取最终输出的航迹路线。2.根据权利要求1所述的航迹规划算法的优化方法，其特征在于，步骤S1中，采用航迹规划算法获取进行航迹规划中的用于判断航路点的节点集合O和已经判断航路点的节点集合C，包括：根据用于判断航路点的节点集合O和节点代价计算规则，选取集合O中代价最小的节点加入已经判断航路点的节点集合C。3.根据权利要求2所述的航迹规划算法的优化方法，其特征在于，所述节点代价计算规则为：F＝G+H，其中，F为节点的路径总代价，G为从船舶的起点到节点的路径耗费，H为从节点到船舶的终点的路径耗费。4.根据权利要求3所述的航迹规划算法的优化方法，其特征在于，步骤S3中，根据下一可行节点，对集合O更新来进行航路点的判断，包括：判断下一可行节点是否位于集合O中，如果是，以可行节点G值较小...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，刘亚奇，柴垒，唐学大，高杰，朱慎超，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37