一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法技术

本发明专利技术提供一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，包括：获取特定海域的电子海图数据，通过提取数据得到待建模环境的障碍物分布情况；对凹型和凸型障碍物多边形采取等距离外扩的方法构建势场；设置参数，对不同属性的障碍物自动调整其安全范围；将不同障碍物的势场模型进行叠加，得到完整的障碍物势场模型。本发明专利技术的技术方案解决了现有的环境建模方法难以对障碍物进行快速、精确的描述，难以处理凹多边形障碍物，难以对不同属性的障碍物进行区分的技术问题。本发明专利技术可以根据矢量电子海图中存在的障碍物信息，对不同类型的障碍物自动调整其安全范围，更贴近航海实际，构建的模型能够满足不同情况下船舶避碰的需要，保障船舶航行安全。障船舶航行安全。障船舶航行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法


[0001]本专利技术涉及障碍物避碰
，具体而言，尤其涉及一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法。

技术介绍

[0002]船舶避碰通常可以分为环境建模和避碰算法两部分。环境建模可以对各种障碍物及可行区域进行空间描述，其优劣将直接影响避碰算法所需处理的数据量和最终效果。目前关于船舶避碰领域环境建模的研究主要采取对障碍物进行简化的方法，将障碍物简化为简单多边形。
[0003]在实际航行中，船舶会面临更多、更复杂的障碍物，现有的环境建模方法难以对障碍物进行快速、精确的描述，且难以对不同属性的障碍物进行区分。

技术实现思路

[0004]根据上述提出现有的环境建模方法难以对障碍物进行快速、精确的描述，且难以对不同属性的障碍物进行区分的技术问题，提供一种能够快速、精确地描述障碍物的环境势场模型构建方法，且能够根据不同障碍物的属性调整其安全范围。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，包括：
[0007]获取特定海域的电子海图数据，并对电子海图数据进行提取，得到待建模环境的障碍物分布情况；
[0008]对障碍物多边形采取等距离外扩的方法进行势场构建；
[0009]设置参数，对不同属性的障碍物自动调整其安全范围；
[0010]将不同障碍物的势场模型进行叠加，得到完整的障碍物势场模型。
[0011]进一步地，所述获取特定海域的电子海图数据，并对电子海图数据进行提取，得到待建模环境的障碍物分布情况，具体包括：
[0012]选取一海域的电子海图，对电子海图中的矢量数据进行处理，获得精确的水深、陆域以及障碍物数据；
[0013]对电子海图中的数据进行简化，去掉其中存在的共线点；
[0014]将障碍物用多边形的形式进行表示。
[0015]进一步地，所述对障碍物多边形采取等距离外扩的方法进行势场构建，具体包括：
[0016]对于单个障碍物多边形，根据等距偏移算法，对多边形轮廓进行外偏移，得到偏移后的多边形；
[0017]对偏移后得到的多边形顶点进行优化处理，使其更接近原本的形状；
[0018]对优化处理后的多边形进行离散数据插值处理，得到适合构建障碍物势场模型的数据；
[0019]对不同外扩后距离的得到的多边形区域，赋合适的势场值，构建障碍物势场模型。
[0020]进一步地，所述对于单个障碍物多边形，根据等距偏移算法，对多边形轮廓进行外偏移，得到偏移后的多边形，具体包括：
[0021]根据多边形的顶点对多边形进行划分，得到组成多边形的一系列线段；
[0022]根据组成多边形的线段与预设的偏移距离，将线段向外进行偏移，得到偏移后的平行线段；
[0023]将偏移后的平行线段进行相交，得到偏移后的多边形。
[0024]进一步地，所述对偏移后得到的多边形顶点进行优化处理，使其更接近原本的形状，具体包括：
[0025]用圆弧连接偏移后需要进行线段延长相交的平行线段端点；
[0026]用线段近似表示圆弧；
[0027]用近似圆弧的线段代替原本的线段延长线。
[0028]进一步地，所述对优化处理后的多边形进行离散数据插值处理，得到适合构建障碍物势场模型的数据，具体包括：
[0029]对于偏移后得到的多边形，将其顶点按照逆时针顺序排列；
[0030]从任一点出发，在该点与下一点之间按照线性插值的方法，每隔特定距离便增加一个点；
[0031]对多边形中所有顶点均进行数据插值，得到适合构建障碍物势场模型的数据。
[0032]进一步地，所述对不同外扩后距离的得到的多边形区域，赋合适的势场值，构建障碍物势场模型，具体包括：
[0033]将原本未经偏移的多边形区域赋势场值1.0；
[0034]对于经过不同偏移距离得到的多边形区域，按照偏移距离越大、势场值越低的原则，依次进行赋值；
[0035]将最大偏移距离得到的多边形势场值赋为0.0，即势场影响范围临界点；
[0036]对不同势场值的多边形区域以势场值为标准进行线性插值，构建障碍物势场。
[0037]进一步地，所述设置参数，对不同属性的障碍物自动调整其安全范围，具体包括：
[0038]根据矢量电子海图中获取的障碍物属性对不同障碍物进行划分；
[0039]将势场影响范围临界点的最大偏移距离作为安全距离，根据障碍物的危险程度设置不同的安全距离。
[0040]进一步地，所述将不同障碍物的势场模型进行叠加，得到完整的障碍物势场模型，具体包括：
[0041]对特定海域内所有障碍物构建势场模型；
[0042]将其中一点的势场值作为不同障碍物势场在该点处势场值的和；
[0043]将不同障碍物形成的势场进行叠加，形成最终障碍物势场模型。
[0044]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0045]1、本专利技术提供的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，通过与矢量电子海图数据相结合，可以获取矢量电子海图中存在的大量精确的障碍物信息。
[0046]2、本专利技术提供的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，通过对障碍物多边形进行等距离外扩，能够快速、精确地构建障碍物势场模型，通过对多边形偏移后的顶点进行平滑处理、对离散数据进行插值等操作，使构建的势场模型能够更贴近原本的障碍
物形状。
[0047]3、本专利技术提供的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，可以根据矢量电子海图中存在的障碍物信息，对不同类型的障碍物自动调整其安全范围，能够更贴近航海实际，构建的模型能够满足不同情况下船舶避碰的需要，保障船舶航行的安全。
[0048]基于上述理由本专利技术可在船舶避碰等领域广泛推广。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]图1为本专利技术方法流程图。
[0051]图2为本专利技术实施例提供的多边形等距离外扩示意图。
[0052]图3为本专利技术实施例提供的多边形顶点平滑示意图。
[0053]图4为本专利技术实施例提供的简单障碍物势场模型。
[0054]图5为本专利技术实施例提供的复杂凹多边形势场模型。
[0055]图6为本专利技术实施例提供的障碍物势场的不同影响范围。
[0056]图7为本专利技术实施例提供的障碍物势场模型叠加示意图。
具体实施方式
[0057]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，其特征在于，包括：获取特定海域的电子海图数据，并对电子海图数据进行提取，得到待建模环境的障碍物分布情况；对障碍物多边形采取等距离外扩的方法进行势场构建；设置参数，对不同属性的障碍物自动调整其安全范围；将不同障碍物的势场模型进行叠加，得到完整的障碍物势场模型。2.根据权利要求1所述的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，其特征在于，所述获取特定海域的电子海图数据，并对电子海图数据进行提取，得到待建模环境的障碍物分布情况，具体包括：选取一海域的电子海图，对电子海图中的矢量数据进行处理，获得精确的水深、陆域以及障碍物数据；对电子海图中的数据进行简化，去掉其中存在的共线点；将障碍物用多边形的形式进行表示。3.根据权利要求1所述的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，其特征在于，所述对障碍物多边形采取等距离外扩的方法进行势场构建，具体包括：对于单个障碍物多边形，根据等距偏移算法，对多边形轮廓进行外偏移，得到偏移后的多边形；对偏移后得到的多边形顶点进行优化处理，使其更接近原本的形状；对优化处理后的多边形进行离散数据插值处理，得到适合构建障碍物势场模型的数据；对不同外扩后距离的得到的多边形区域，赋合适的势场值，构建障碍物势场模型。4.根据权利要求3所述的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，其特征在于，所述对于单个障碍物多边形，根据等距偏移算法，对多边形轮廓进行外偏移，得到偏移后的多边形，具体包括：根据多边形的顶点对多边形进行划分，得到组成多边形的一系列线段；根据组成多边形的线段与预设的偏移距离，将线段向外进行偏移，得到偏移后的平行线段；将偏移后的平行线段进行相交，得到偏移后的多边形。5.根据权利要求3所述的基于多边形等距离外扩的环境势场模型构建方法，其特征在于，所述对偏移后得到的多边形顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红光，刘炜，傅春达，郭士钰，张国庆，张显库，尹勇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：