一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法技术

本发明专利技术提供了一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，包括以下步骤：S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化；S2，获取大地坐标系下的局部在线感知信息；S3，利用所述局部在线感知信息，获得每个格栅内包含预定信息的置信度；S4，根据每个格栅内包含预定信息的置信度，更新环境信息。本发明专利技术提供的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，方法简单，仅需要一个配备雷达感知设备的水面无人艇即可，可实时、在线的感知水面周围环境信息，为水面无人艇后级的决策算法提供基础，以提高自主决策的正确性，避免航行危险。且该方法安全稳定，可靠性高，抗干扰能力强，容错性高。容错性高。容错性高。

【技术实现步骤摘要】
一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法


[0001]本专利技术属于水面无人艇环境感知
，具体涉及一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法。

技术介绍

[0002]水面无人艇是一种无人操作、具备一定自主能力的水面航行体，可以在复杂水面环境下全自主或半自主执行任务。水面无人艇的工作区域多为近岸、近岛屿的海域，由于离线海图精度、地形地貌变化、潮汐或其它因素的影响，离线预置海图文件存在位置偏差或精度较低的不足，导致仅采用离线海图作为水面无人艇路径规划的输入信息，可能导致预定的航路点为陆地而产生触礁的航行危险或距离陆地过远而无法满足预定任务需求的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，以解决现有技术中水面无人艇无法实时在线感知周围环境信息的问题，为水面无人艇安全的自主航行提供保证。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，包括以下步骤：
[0006]S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化；
[0007]S2，获取大地坐标系下的局部在线感知信息；
[0008]S3，利用所述局部在线感知信息，获得每个格栅内包含预定信息的置信度；
[0009]S4，根据每个格栅内包含预定信息的置信度，更新环境信息。
[0010]进一步地，所述步骤S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化，具体包括：
[0011]S11，在二维平面上选取边长不大于预设值的矩形区域；
[0012]S12，将所述矩形区域格栅化，分割为边长为预设尺寸的方格；
[0013]S13，构建元素取值为二值的第一矩阵并初始化第一矩阵，所述第一矩阵的元素个数等于所述矩形区域格栅化后的方格数。
[0014]进一步地，所述二值为0或1；
[0015]所述初始化第一矩阵，具体为将第一矩阵所有的元素赋值为0。
[0016]进一步地，所述步骤S2，获取大地坐标系下的局部在线感知信息，具体包括：
[0017]S21，提取水面无人艇有效感知范围内的感知信息；
[0018]S22，判断所述感知信息是否有效，若有效则进行步骤S23，若无效则重新进行步骤S21；
[0019]S23，将所述感知信息由艇体坐标系转换为大地坐标系，形成大地坐标系下的局部在线感知信息；
[0020]S24，构建元素个数等于所述矩形区域格栅化后的方格数的第二矩阵；
[0021]S25，根据所述局部在线感知信息，更新所述第二矩阵内的元素的值。
[0022]进一步地，所述步骤S25，根据所述局部在线感知信息，更新所述第二矩阵内的元素的值，具体包括：
[0023]如果局部在线感知信息显示所述矩形区域某方格内存在障碍物，则将所述第二矩阵内对应于该方格的元素的值置为1；
[0024]如果局部在线感知信息显示所述矩形区域某方格内无障碍物，则将所述第二矩阵内对应于该方格的元素的值置为0；
[0025]如果局部在线感知信息未包含所述矩形区域的某方格，则将所述第二矩阵内对应于该方格的元素的值置为0。
[0026]进一步地，所述步骤S3，利用所述局部在线感知信息，获得每个格栅内包含预定信息的置信度，具体包括：
[0027]步骤S31，获取当前时刻t所述第二矩阵中各元素的周边元素值为1的元素的个数k
i
；
[0028]步骤S32，计算当前时刻t所述第二矩阵中各元素的值为1的置信度置信度的计算公式为：
[0029][0030]其中，L函数为限幅函数，μ为第一修正系数，d
ci
为该元素对应的方格距离水面无人艇的距离，r为水面无人艇有效感知范围的近端半径，R为水面无人艇有效感知范围的远端半径，λ为第二修正系数。
[0031]进一步地，所述步骤S4，根据每个格栅内包含预定信息的置信度，更新环境信息，具体包括：
[0032]按下式处理当前时刻t、前一时刻t
‑
1所述第二矩阵中各元素的值为1的置信度和得到并输出
[0033][0034]其中，ε1、ε2、ε3、ε4为置信度调节参数，ξ1、ξ2、ξ3为置信度阈值设定参数，default为在其他几个条件不满足时执行该计算公式。
[0035]进一步地，所述有效感知范围，具体是指艇体坐标系下，以艇艏航向为轴，左右开角为第一角度，远端半径为第一距离，近端半径为第二距离的扇环形区域。
[0036]进一步地，所述判断所述感知信息是否有效，具体是指判断水面无人艇的位置信息、姿态信息、雷达感知信息中的一种或多种信息是否有效。
[0037]进一步地，所述步骤S21，提取水面无人艇有效感知范围内的有效信息，还包括：将所述有效信息进行卡尔曼滤波。
[0038]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供了一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，第一，本专利技术方法简单，仅需要一个配备雷达感知设备的水面无人艇即可，可实时、在
线的感知水面周围环境信息，为水面无人艇后级的决策算法提供基础，以提高自主决策的正确性，避免航行危险。第二，本专利技术安全稳定，可靠性高，抗干扰能力强，容错性高。
附图说明
[0039]图1是本专利技术的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法的流程示意图；
[0040]图2是本专利技术的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法的步骤S1的流程示意图；
[0041]图3是本专利技术的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法的步骤S2的流程示意图；
[0042]图4是本专利技术的水面无人艇有效感知范围示意图；
[0043]图5是本专利技术的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法的步骤S4的流程示意图。
具体实施方式
[0044]以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。
[0045]本专利技术为解决现有技术中水面无人艇无法实时在线感知周围环境信息的问题，本专利技术利用水面无人艇配备的雷达感知设备，提出了一种新的水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，首先，建立大地坐标系下的栅格化空白位置矩阵，在获取无人艇自身位置信息、姿态信息以及导航雷达感知信息后，判断当前信息以及雷达感知的信息是否有效，在信息有效的情况下，对艇体坐标系下雷达感知环境信息进行有效信息提取、时域滤波及空间变换等算法处理，然后利用处理后的感知信息对空白位置信息矩阵进行叠加、补充及修正操作，形成实时地感知环境信息矩阵。
[0046]本实施例的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0047]步骤S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化。也即，根据预先划定的环境区域范围及方法规定的栅格尺寸，将该区域格栅化，从而便于进行下一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化；S2，获取大地坐标系下的局部在线感知信息；S3，利用所述局部在线感知信息，获得每个格栅内包含预定信息的置信度；S4，根据每个格栅内包含预定信息的置信度，更新环境信息。2.如权利要求1所述的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，其特征在于，所述步骤S1，按照预设尺寸将划定的环境区域格栅化，具体包括：S11，在二维平面上选取边长不大于预设值的矩形区域；S12，将所述矩形区域格栅化，分割为边长为预设尺寸的方格；S13，构建元素取值为二值的第一矩阵并初始化第一矩阵，所述第一矩阵的元素个数等于所述矩形区域格栅化后的方格数。3.如权利要求2所述的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，其特征在于：所述二值为0或1；所述初始化第一矩阵，具体为将第一矩阵所有的元素赋值为0。4.如权利要求3所述的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，其特征在于，所述步骤S2，获取大地坐标系下的局部在线感知信息，具体包括：S21，提取水面无人艇有效感知范围内的感知信息；S22，判断所述感知信息是否有效，若有效则进行步骤S23，若无效则重新进行步骤S21；S23，将所述感知信息由艇体坐标系转换为大地坐标系，形成大地坐标系下的局部在线感知信息；S24，构建元素个数等于所述矩形区域格栅化后的方格数的第二矩阵；S25，根据所述局部在线感知信息，更新所述第二矩阵内的元素的值。5.如权利要求4所述的一种水面无人艇在线感知构建环境信息的方法，其特征在于，所述步骤S25，根据所述局部在线感知信息，更新所述第二矩阵内的元素的值，具体包括：如果局部在线感知信息显示所述矩形区域某方格内存在障碍物，则将所述第二矩阵内对应于该方格的元素的值置为1；如果局部在线感知信息显示所述矩形区域某方格内无障碍物，则将所述第二矩阵内对应于该方格的元素的值置为0；如果局部在线感知信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：张京晶，万宇婷，章原发，夏天，袁文，段志刚，徐志军，丁梦莉，李宁，林扬，谷海涛，高雷，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：