一种动态战场环境实时路径规划系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动态战场环境实时路径规划系统及方法，地图重建模块、视觉感知模块、智能决策模块以及UI交互模块；其中，所述UI交互模块实现对不同模块间参数的相互调用和信息连接；所述地图重建模块以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型；视觉感知模块用以提取无人机拍摄的影像中存在的地理实体，将实时数字地表模型生成栅格地图，并在栅格地图上设置障碍物标志；智能决策模块结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。本发明专利技术能够为无人装备在动态战场环境下提供高实时性的指挥控制信息，从而提高无人装备的自主化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种动态战场环境实时路径规划系统及方法
本专利技术涉及路径领域，尤其涉及一种动态战场环境实时路径规划系统及方法。
技术介绍
信息在日常生活中起到越来越重要的作用，能够显著的提高工作的效率和质量，作为无人装备的智能控制系统，通过灵活的无人飞行平台能够极大的提高系统的灵活性。近年随着电子、计算机技术的飞速发展，低成本无人机已日趋成熟，高速影像处理也渐渐应用到各种任务中，通过低成本无人机来实现高效的智能控制将成为一种灵活、高效的手段。但是传统的无人机地图软件系统并无实时地图构建功能，和自主能力，且处理速度慢，因此需要一种实时地图构建功能力，处理速度快的实时路径规划系统。
技术实现思路
本专利技术为了解决以上问题，提供了一种动态战场环境实时路径规划系统及方法能够为无人装备在动态战场环境下提供高实时性的指挥控制信息，从而提高无人装备的自主化能力。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种动态战场环境实时路径规划系统，包括：地图重建模块、视觉感知模块、智能决策模块以及UI交互模块；其中，所述UI交互模块实现对不同模块间参数的相互调用和信息连接；所述地图重建模块以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型；视觉感知模块用以提取无人机拍摄的影像中存在的地理实体，将实时数字地表模型生成栅格地图，并在栅格地图上设置障碍物标志；智能决策模块结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。可选的，所述地图重建模块包括：视觉SLAM以无人机在线拍摄的航拍影像为输入，实时为每一帧影像生成3D点云，3D点云结合影像的纹理信息实时生成局部DSM，并将局部DSM融合到全局DSM生成实时数字地表模型。可选的，所述视觉SLAM系统包括特征提取、跟踪、建图以及回环；所述特征提取用于提取航拍影像中的特征点并计算描述子；所述跟踪通过计算当前帧与前一帧的特征点描述子之间的距离以完成特征匹配，再通过特征匹配恢复出当前帧相对与上一帧的位姿变化；所述建图在当前帧与前几帧中寻找更多的特征匹配，并通过三角测量恢复出更多的3D点，将当前帧与有共同观测的关联帧以及共同观测的地图点做局部的BA优化来获取更为精确的相机位姿和3D地图点坐标；所述回环用来检测相机是否回到之前去过的地方，并根据检测到的回环添加新的约束来修正相应的相机位姿与3D地图点坐标。可选的，以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型，使用目标检测算法提取影像中存在的地理实体，利用预先训练的AlexNet卷积神经网络提取地理实体的深度层级特征，并对每个地理实体的特征向量进行降维处理生成栅格地图，根据地物类型将栅格地图中对应的位置设置障碍物标志，结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。可选的，所述以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型包括使用视觉SLAM以无人机在线拍摄的航拍影像为输入，实时为每一帧航拍影像生成3D点云，采用迭代过滤去除3D点云的噪点，在过滤噪点后的3D点云的特征点上执行德劳内三角分割生成2D网格，并将生成的2D网格投影到过滤噪点后的3D点云中生成3D网格，3D网格融入航拍影像的纹理信息生成局部DSM，将局部DSM分割成瓦片，并通过多频带算法融合到全局DSM以生成实时数字地表模型。可选的，所述使用目标检测算法提取影像中存在的地理实体包括将输入的影像分成S*S个格子，每个格子负责检测落入自己的区域的所有物体，其中每个格子预测5个值，分别预测得到的物体的预测框的中心位置的坐标(x，y)，物体的宽度和高度(w,h)以及物体属于某一类别的置信度，若这个预测框中包含有检测对象，那么Pr为1，反之，Pr为0，在预测阶段，类别的概率为类别条件概率和预测的置信度乘积：可选的，所述地理实体包括相对静止的地理实体。在所述DSAS算法中，除表示是其空间位置的坐标信息外，还包含指向其父节点和所有子节点的指针，当探测到当前航迹前方存在新的障碍时，DSAS算法将威胁覆盖区域的航迹节点及其所有后代节点删除，将其父节点重新插入OPEN表，然后DSAS算法计算新扩展节点的代价值，继续其搜索过程，直到获得无人机新的最优航迹本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：和传统的计算机视觉方法相比，本专利技术具有快速、实时处理能力，能够每秒处理30帧以上的影像，地图数据能够达到千万上的点云，能够为无人装备在动态战场环境下提供高实时性的指挥控制信息，从而提高无人装备的自主化能力。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术的结构框图。图2为SIFT关键点的描述子示意图。图3为BundleAdjustment中的矩阵示意图。图4为本专利技术的流程图。图5为YOLO模型的具体网络结构图。图6为YOLO模型的具体网络流程图。具体实施方式下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本专利技术的实施例进行描述。如图1所示，本专利技术公开了一种动态战场环境实时路径规划系统，包括。地图重建模块、视觉感知模块、智能决策模块以及UI交互模块；其中，本专利技术的每个模块都是解耦的，并通过UI交互模块实现对不同模块间参数的相互调用和信息连接。UI界面模块为与用户交互的部分，包括新建项目、加载项目、目标检测以及训练模型几个功能，新建项目中，用户可以确定项目的名称和项目的位置、图片序列、标签类别以及使用的检测算法。加载项目为加载用户之前创建的项目。目标检测完成对构建图像的结果。训练模型为使用校正后的标签重新对模型进行训练。在界面中右击显示路径规划列表，UI界面支持用户对不正确的预测结果进行修改，利用修正后的标签数据自动对模型的参数权重进行重新更新，使得模型的精度在使用的过程中不断提高，模块化的设计使得系统的每个模块都可以独立调用和测试，并方便不断添加新的模块。地图重建模块以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型；视觉感知模块用以提取无人机拍摄的影像中存在的地理实体，将实时数字地表模型生成栅格地图，并在栅格地图上设置障碍物标志；智能决策模块结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。具体的，地图重建模块包括：视觉SLAM以无人机在线拍摄的航拍影像为输入，实时为每一帧影像生成3D点云，3D点云结合影像的纹理信息实时生成局部DSM，并将局部DSM融合到全局DSM生成实时数字地表模型。其中，视觉SLAM系统包括：特征提取、跟踪、建图以及回环；特征提取用于提取航拍影像中的特征点并计算描述子；跟踪通过计算当前帧与前一帧的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态战场环境实时路径规划系统，其特征在于，包括：地图重建模块、视觉感知模块、智能决策模块以及UI交互模块；/n其中，所述UI交互模块实现对不同模块间参数的相互调用和信息连接；/n所述地图重建模块包括：视觉SLAM以无人机在线拍摄的航拍影像为输入，实时为每一帧影像生成3D点云，3D点云结合影像的纹理信息实时生成局部DSM，并将局部DSM融合到全局DSM生成实时数字地表模型；/n视觉感知模块用以提取无人机拍摄的影像中存在的地理实体，将实时数字地表模型生成栅格地图，并在栅格地图上设置障碍物标志；/n智能决策模块结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态战场环境实时路径规划系统，其特征在于，包括：地图重建模块、视觉感知模块、智能决策模块以及UI交互模块；
其中，所述UI交互模块实现对不同模块间参数的相互调用和信息连接；
所述地图重建模块包括：视觉SLAM以无人机在线拍摄的航拍影像为输入，实时为每一帧影像生成3D点云，3D点云结合影像的纹理信息实时生成局部DSM，并将局部DSM融合到全局DSM生成实时数字地表模型；
视觉感知模块用以提取无人机拍摄的影像中存在的地理实体，将实时数字地表模型生成栅格地图，并在栅格地图上设置障碍物标志；
智能决策模块结合DSAS算法实现从环境的始发地出发，寻找一条能够绕过障碍物的最优路径以到达终点，实现实时路径规划。


2.根据权利要求1所述的一种动态战场环境实时路径规划系统，其特征在于：所述视觉SLAM系统包括特征提取、跟踪、建图以及回环；
所述特征提取用于提取航拍影像中的特征点并计算描述子；
所述跟踪通过计算当前帧与前一帧的特征点描述子之间的距离以完成特征匹配，再通过特征匹配恢复出当前帧相对与上一帧的位姿变化；
所述建图在当前帧与前几帧中寻找更多的特征匹配，并通过三角测量恢复出更多的3D点，将当前帧与有共同观测的关联帧以及共同观测的地图点做局部的BA优化来获取更为精确的相机位姿和3D地图点坐标；
所述回环用来检测相机是否回到之前去过的地方，并根据检测到的回环添加新的约束来修正相应的相机位姿与3D地图点坐标。


3.一种动态战场环境实时路径规划方法，其特征在于：包括：
以无人机拍摄的影像作为输入生成实时数字地表模型，使用目标检测算法提取影像中存在的地理实体，利用预先训练的AlexNet卷积神经网络提取地理实体的深度层级特征，并对每个地理实体的特征向量进行降维处理生成栅格地图，根据地物类型将栅格地图中对应的位置设置障碍物标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张西山，连光耀，李会杰，闫鹏程，孙江生，袁祥波，连云峰，代冬升，李雅峰，李万领，钟华，付久长，王子林，宋秦松，郭伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二一八一部队，
类型：发明
国别省市：河北;13