一种自主水下航行器编队的协同航路规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法及装置，该方法包括：获取AUV编队位置以及需要经过的所有航路点位置，将所述航路点构建为第一航路点集合；对第一航路点集合中的航路点进行近邻点分组，获得第二航路点集合；以及在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路。此外，本发明专利技术还提供了基于最短距离以及最多剩余能量的自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法。本发明专利技术采用将航路点进行分组进行航路规划，可以大大降低航路规划的计算复杂度，便于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种自主水下航行器编队的协同航路规划方法及装置
本专利技术属于无人系统路径规划
，具体而言，涉及一种自主水下航行器编队的协同航路规划方法。
技术介绍
复杂的海洋环境特性给人类的海洋活动带来了极大的挑战，也促使海洋技术成为世界各国综合实力的重要体现。各种自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)没有系缆的束缚，以其水下任务或作业灵活方便、水下连续工作时间长、结构可靠性高、人员损失危险性低等独特优势，能够广泛应用于极区大陆架绘图、海洋地质精细调查等场合，近年来得到了迅猛发展，已成为各国争相发展的海洋高技术水下装备之一。得益于世界范围内信息化革命的推动，使得AUV及其编队的应用价值迅速得到肯定，AUV及其编队的运用也正逐渐走向深入。AUV编队的全局寻优、高适应性的航路规划方法一直是研究的热点。然而，随着编队航路点增加，航路规划中搜索算法的复杂性迅速增大，这给算法的工程实现带来了极大挑战。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法及装置，以降低编队航路规划的算法复杂度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的第1方面，一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，该方法包括：获取AUV编队位置以及需要经过的所有航路点位置，将所述航路点构建为第一航路点集合；对第一航路点集合中的航路点进行近邻点分组，根据航路点位置信息，计算第一航路点集合中任意两个航路点之间的直线距离，并将直线距离不大于近邻点距离阈值的航路点划分为同一近邻点分组，获得第二航路点集合；以及在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路。根据本专利技术另外的实施方式，将划分得到的近邻点分组、未被划分为任一近邻点分组的剩余航路点构建为所述第二航路点集合。根据本专利技术另外的实施方式，在该方法中，所述在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路包括：当某AUV搜索选择至属于某个近邻点分组的航路点时，该近邻点分组的所有航路点全部处于该AUV航路。根据本专利技术另外的实施方式，在该方法中，所述在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路包括：采用遍历搜索方法，计算第二航路点集合中不同的协同航路下的作业航渡时间。进一步地，取协同作业情况下，以AUV编队位置为出发点，AUV编队经过所有航路点所消耗的最大航渡时间为作业航渡时间指标。根据本专利技术的第2方面，一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，该方法包括：获取AUV编队位置以及需要经过的全部航路点位置；基于航路点之间的距离对全部航路点进行分组；基于分组之间的距离对全部航路点分组进行分组合并，获得多个航路点群组；以及比较AUV编队的AUV数量与所述群组的数量关系，当群组数量大于AUV数量时，对所述群组基于最短距离方法进行合并，直至合并后的合并群组数量与AUV数量相同。根据本专利技术另外的实施方式，在该方法中，所述基于航路点之间的距离对全部航路点进行分组，包括：获取各航路点的坐标，根据坐标计算第一航路点与第二航路点之间的距离，获得航路点距离表。根据本专利技术另外的实施方式，在该方法中，所述基于分组之间的距离对全部航路点分组进行分组合并，包括：计算全部分组的任意两个分组之间的距离D，获得分组距离表，该距离D为第一分组的两个航路点之间的距离dis1、第二分组的两个航路点之间的距离dis2以及第一分组的两个航路点与第二分组的两个航路点之间的最短距离MinL的和。根据本专利技术的第3方面，一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，将各AUV视为具有预定初始能量的捕食者，将各航路点视为被捕食者，该方法包括：计算各航路点自身所拥有的能量，该能量为群落因子与该航路点与AUV出发点之间距离的乘积，所述群落因子与该航路点预定距离范围内的其他航路点数量正相关；获取编队各AUV共同遍历全部航路点的所有航路点规划集；计算航路点规划集中，各AUV遍历各航路点规划中与该AUV对应的航路点后的剩余能量，并计算编队各AUV的剩余能量和；以及对航路点规划集中各航路点规划的剩余能量和进行排序，以确定最优航路点规划。根据本专利技术另外的实施方式，在该方法中，将剩余能量和最大的航路点规划作为最优航路点规划。根据本专利技术的第4方面，一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划装置，该装置包括：存储器，用于存储计算机指令；处理器，与所述存储器通信连接，用于执行所述计算机指令，以执行根据上述技术方案任一项所述的协同航路规划方法。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过将需要经过的所有航路点根据航路点之间的直线距离划分为近邻点分组，当某AUV搜索选择至属于某个近邻点分组的航路点时，该近邻点分组的所有航路点全部处于该AUV航路，从而可以大大降低航路规划的计算复杂度，便于工程实现。附图说明图1为根据本专利技术第1实施方式的AUV编队协同航路规划方法示意性流程；图2为AUV编队协同开展作业示意图；图3为航路点近邻点分组示意图；图4为不同协同航路下所消耗的最大航渡时间计算结果；图5为采用本专利技术提供的航路规划方法获得的航行路径示意图；图6为根据本专利技术第2实施方式的AUV编队协同航路规划方法示意性流程；图7、图8为航路点距离表示意图；图9为航路点近邻点分组示意图；图10为分组距离计算示意图；图11为分组距离表示意图；图12为划分为3个航路点群组示意图；图13为划分为2个航路点群组示意图；图14为根据本专利技术第3实施方式的AUV编队协同航路规划场景示意图；图15为根据本专利技术第3实施方式的AUV编队协同航路规划方法示意性流程；图16为各被捕食生物距原点距离及自身拥有能量值；图17为捕食者捕食过程航路分解及捕食者能量变化示意图；图18为根据第3实施方式的航路规划结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行更详细地描述。本专利技术旨在降低自主水下航行器(AUV)编队的航路规划搜索计算量，提高航路规划效率，该AUV编队至少包括第一AUV和第二AUV，编队中的AUV协同完成作业，即各AUV经过不同的作业点，各AUV经过的作业点的组合为编队作业任务所需要经过的全部作业点。以下本专利技术以双自主水下航行器编队为例，也即该编队由第一AUV和第二AUV组成为例，对本专利技术提出的自主水下航行器编队的协同航路规划方法进行说明。尽管如此，本专利技术并不仅限于双自主水下航行器编队的航路规划，在以下
技术实现思路
描述的基础上，本领域人员容易将该方法扩展到由更多AUV组成的编队航路规划中。图1示出了根据本专利技术第一实施方式的自主水下航行器编队的协同航路规划方法示意性操作流程。如图1所示，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，其特征在于，该方法包括：/n获取AUV编队位置以及需要经过的所有航路点位置，将所述航路点构建为第一航路点集合；/n对第一航路点集合中的航路点进行近邻点分组，根据航路点位置信息，计算第一航路点集合中任意两个航路点之间的直线距离，并将直线距离不大于近邻点距离阈值的航路点划分为同一近邻点分组，获得第二航路点集合；以及/n在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路。/n

【技术特征摘要】
1.一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，其特征在于，该方法包括：
获取AUV编队位置以及需要经过的所有航路点位置，将所述航路点构建为第一航路点集合；
对第一航路点集合中的航路点进行近邻点分组，根据航路点位置信息，计算第一航路点集合中任意两个航路点之间的直线距离，并将直线距离不大于近邻点距离阈值的航路点划分为同一近邻点分组，获得第二航路点集合；以及
在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路。


2.根据权利要求1所述的协同航路规划方法，其特征在于，将划分得到的近邻点分组、未被划分为任一近邻点分组的剩余航路点构建为所述第二航路点集合。


3.根据权利要求1所述的协同航路规划方法，其特征在于，所述在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路包括：当某AUV搜索选择至属于某个近邻点分组的航路点时，该近邻点分组的所有航路点全部处于该AUV航路。


4.根据权利要求1所述的协同航路规划方法，其特征在于，所述在第二航路点集合中搜索AUV编队最短航渡时间航路包括：采用遍历搜索方法，计算第二航路点集合中不同的协同航路下的作业航渡时间。


5.一种自主水下航行器(AUV)编队的协同航路规划方法，其特征在于，该方法包括：
获取AUV编队位置以及需要经过的全部航路点位置；
基于航路点之间的距离对全部航路点进行分组；
基于分组之间的距离对全部航路点分组进行分组合并，获得多个航路点群组；以及
比较AUV编队的AUV数量与所述群组的数量关系，当群组数量大于AUV数量时，对所述群组基于最短距离方法进行合并，直至合并后的合并群组数量与AUV数量相同。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：于化鹏，赵志允，李子圆，杨清华，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11