一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法技术

本发明专利技术提出了一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，包括：将DEM数据划分成一系列矩形网格点；构建气象条件威胁模型，进而计算气象条件影响下各车辆装备的可通行区域与不可通行区域；计算敌情威胁区域影响下车辆装备的可通行区域与不可通行区域；将气象条件对部队和装备的影响信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合；利用改进的A*算法作为主搜索方式，得到初始机动通道；利用Hermite插值对初始机动通道进行平滑处理，最终得到野外机动通道；本发明专利技术解决了目前车辆装备机动的规划方式无法适应各类复杂战场环境要素的问题，为陆战场野外车辆装备机动规划提供了辅助支撑。供了辅助支撑。供了辅助支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法


[0001]本专利技术涉及态势感知
，具体涉及一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法。

技术介绍

[0002]现代战争中战术机动是进行战斗的基础，部队机动路径是否合理对完成作战任务有重要影响，而机动通道规划则是作战任务规划的核心内容，能够对陆军行军、输送、转移等战术级任务的开展提供关键性的技术保障。和传统商用路径规划不同的是，野外机动通道生成的最大问题在于缺少路径规划所需的矢量道路网数据，在复杂战场环境下更需要综合考虑山地地形、土壤地质、地表覆盖、装备机动性能和战场威胁等各种因素，根据车辆装备自身情况和实际战场环境生成一条满足战术条件的安全机动通道。尽管近年来许多文献提出过车辆或机器人相关路径规划方法，但复杂战场环境下的野外机动规划依旧是当前战场车辆装备战术机动的难点和关键。
[0003]目前经典的寻路算法包括Dijkstra、Floyd、A*等，其中Dijkstra算法是最为常见的寻路算法，算法使用广度优先搜索的策略很好地解决了单源最短路径寻路问题；A*算法则是在Dijkstra算法基础上增加了相应的启发函数。许多民用公司已经利用各种单源、多源和全源的寻路算法，结合实际路况信息设置机动策略，用以解决与机动规划和任务规划相关的问题。但是在实际复杂战场环境下，缺少路网矢量数据、战场环境动态多变等原因导致现有寻路算法在实际应用中存在规划结果不准确、容易进入危险区域，无法适应地形地貌、气象、战场威胁等各类复杂战场环境要素的问题，难以为车辆装备规划出满足复杂战场环境下机动要求的最优机动通道。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术解决了现有技术中针对复杂战场环境，难以为车辆装备规划出满足复杂战场环境下机动要求的最优机动通道的技术问题。
[0005]技术方案：本专利技术提供一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，该方法包括以下步骤：S1利用DEM数据的位置信息和高程信息，将DEM数据划分成一系列矩形网格点，每个网格点包含的信息为：空间信息和属性信息，所述空间信息为该位置的经度、纬度和高程信息，所述属性信息为气象条件和地表覆盖数据；S2根据各车辆装备的机动性能，结合地表覆盖数据和空间信息，构建气象条件威胁模型，进而计算气象条件影响下各车辆装备的可通行区域与不可通行区域；S3根据陆战场环境中典型威胁区域，构建典型威胁区域的数学威胁模型，进而计算敌情威胁区域影响下车辆装备的可通行区域与不可通行区域，所述典型威胁区域包括：雷区、封锁区、炮兵阵地的火力范围和雷达站的侦察探测范围；S4根据所述气象条件威胁模型将气象条件对部队或装备的影响信息与矩形网格
点对应的空间信息进行叠加融合；确认不同武器装备，不可通行的地理范围，并将栅格结果与网格图叠加；将路战场环境中各类威胁区域范围的信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合，进而确定通行工具；S5利用改进的A*算法作为主搜索方式，考虑搜索点周围的环境信息作为启发信息，定义好目标空间和代价函数，开始机动通道搜索，得到初始机动通道；S6利用Hermite插值对初始机动通道进行平滑处理，剔除异常数据后得到最终野外机动通道。
[0006]进一步的，包括：步骤S1中，所述矩形网格点的中心点代表该网格的近似地形特征，网格中心点连接起来则形成路径搜索算法所需要的路由网，所述路由网是逻辑上的，不需要专门的内存来对其存储。
[0007]进一步的，包括：步骤S2中，气象条件威胁模型以表现方式的不同分为二维、三维两种类型，前者是在地表特定范围之上均为对象的作用空间，三维要素则需要考虑对象高程方向的范围，二维气象条件威胁模型表示为：；其中，i为矩形网格点的个数，t为当前时间，x、y分别为经度和纬度，即为t时刻（x,y）位置气象威胁概率大小；三维气象条件威胁模型表示为：；其中，是时间t时的海拔低界，是时间t时的海拔高界；通过设定的有效阈值k，即时判定在t时某点为不可通行点，从而得到t时受气象条件威胁无法通行区域。
[0008]进一步的，包括：步骤S4中，根据所述气象条件威胁模型将气象条件对部队/装备的影响信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合包括：所述二维气象条件模型被简化描述为多边形，则将气象条件对部队或装备的影响信息与矩形网格点对应的空间信息直接叠加；所述三维气象条件模型被简化描述为多棱柱，当多棱柱的下边界不大于对应区域的地形高度一定数值时，直接叠加，否则排除该气象区域的影响。
[0009]进一步的，包括：所述步骤S4中，确认不同武器装备，不可通行的地理范围，包括：首先利用地形数据计算每个地形网格相对8邻域网格的平均坡度，再根据该武器装备的最大爬坡值和平均坡度进行比较，当网格平均坡度大于装备最大爬坡值时即该网格不可通行，从而组成该装备不可通行的地形范围，并将栅格结果与网格图叠加。
[0010]进一步的，包括：所述步骤S4中，将路战场环境中各类威胁区域范围的信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合，包括：炮兵阵地的火力覆盖区是根据其最大射距、最小射距以及地形遮蔽分析获取的火力弹道，进而计算相应的弹道落点，从而获得其相对的火力覆盖区、射击死角区域，不同于气象条件，它需考虑地形的影响，考虑全方位360
°
，投射到2.5D网格上是包含岛屿的复杂凹多边形。
[0011]雷区和封锁区是典型的面要素，投射到2.5D网格上为多边形区域。
[0012]军事雷达的威胁模型的计算过程与雷达天线图、雷达自身参数、地形遮蔽等因素有关，对目标的威胁是一个探测概率，在不考虑地形盲区的情况下，离雷达中心越近，探测概率越高，反之越低；因此投射到2.5D网格上是由一系列环形区域构成。
[0013]进一步的，包括：所述步骤S3和S4中，可通行区域与不可通行区域的标注方式为：若该网格不可通行，并将其通行属性赋值为0，填充为红色；在区域范围外，该网格可通行，网格通行属性为1；对于区域与网格部分相交区域，处理方式有两种，一种是相交及不可通行，另一种则可按百分比核算，超过50%不可通行，否则可通行；军事雷达的威胁方式是一种探测概率，意味它融合到网格上不是简单的可通行、不可通行，表现为可通行概率，在属性融合上与其他要素存在内在差异，在路径规划过程中，它是作为代价函数权重因子的一项指标，在网格态势图着色上，根据探测概率的不同，对网格进行不同程度的着色。
[0014]进一步的，包括：所述代价函数表示为：；其中，，，和分别是g(i)和h(i)对于最终代价的权重；
[0015]其中，，n表示该路径中的节点总数；该代价函数用来计算目标点到当前点的实际代价，在一定的安全概率下，它将路径距离和行使时间归一化到同一个数量级，使得用户根据需求自行分配各自的权重，从而得到对应条件下的最优路径；代价函数中估价函数，为了促使当前点i尽快的向目标点靠近，从而提高算法的收敛速度，将其定义为当前点i到目标点之间的地表距离，其公式如下所示：；其中，分别为当前点i到目标点的地表距离、最大距离、最小距离。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1利用DEM数据的位置信息和高程信息，将DEM数据划分成一系列矩形网格点，每个网格点包含的信息为：空间信息和属性信息，所述空间信息为该位置的经度、纬度和高程信息，所述属性信息为气象条件和地表覆盖数据；S2根据各车辆装备的机动性能，结合地表覆盖数据和空间信息，构建气象条件威胁模型，进而计算气象条件影响下各车辆装备的可通行区域与不可通行区域；S3根据陆战场环境中典型威胁区域，构建典型威胁区域的数学威胁模型，进而计算敌情威胁区域影响下车辆装备的可通行区域与不可通行区域，所述典型威胁区域包括：雷区、封锁区、炮兵阵地的火力范围和雷达站的侦察探测范围；S4根据所述气象条件威胁模型将气象条件对部队或装备的影响信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合；确认不同武器装备，不可通行的地理范围，并将栅格结果与网格图叠加；将路战场环境中各类威胁区域范围的信息与矩形网格点对应的空间信息进行叠加融合，进而确定通行工具；S5利用改进的A*算法作为主搜索方式，考虑搜索点周围的环境信息作为启发信息，定义好目标空间和代价函数，开始机动通道搜索，得到初始机动通道；S6利用Hermite插值对初始机动通道进行平滑处理，剔除异常数据后得到最终野外机动通道。2.根据权利要求1所述的基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，其特征在于，步骤S1中，所述矩形网格点的中心点代表该网格的近似地形特征，网格中心点连接起来则形成路径搜索算法所需要的路由网，所述路由网是逻辑上的，不需要内存进行存储。3.根据权利要求1所述的基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，其特征在于，步骤S2中，气象条件威胁模型包括二维气象条件威胁模型和三维气象条件威胁模型，所述二维气象条件威胁模型是考虑地表特定范围之上对象的范围，三维气象条件威胁模型则需要考虑对象高程方向的范围，二维气象条件威胁模型表示为：；其中，i为矩形网格点的个数，t为当前时间，x、y分别为经度和纬度，即为t时刻（x,y）位置气象威胁概率大小；三维气象条件威胁模型表示为：；其中，是时间t时的海拔低界，是时间t时的海拔高界；通过设定的有效阈值k，即时判定在t时某点为不可通行点，从而得到t时受气象条件威胁无法通行区域。4.根据权利要求3所述的基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，其特征在于，步骤S4中，根据气象条件威胁模型将气象条件对部队或装备的影响信息与矩形网格
点对应的空间信息进行叠加融合包括：所述二维气象条件模型被简化描述为多边形，则将气象条件对部队或装备的影响信息与矩形网格点对应的空间信息直接叠加；所述三维气象条件模型被简化描述为多棱柱，当多棱柱的下边界不大于对应区域的地形高度一定数值时，直接叠加，否则排除该气象区域的影响。5.根据权利要求4所述的基于空间网格的复杂环境下野外机动通道生成方法，其特征在于，所述步骤S4中，确认不同武器装备，不可通行的地理范围，包括：首先利用地形数据计算每个地形网格相对8邻域网格的平均坡度，再根据该武器装备的最大爬坡值和平...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱峰，施晓东，刘天宇，王一迪，孙晋艳，周旭，倪苏东，展亚南，赵睿，熬俊杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：