基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法，S 1：获取海上搜寻区域；S2：构建无人艇系统模型；S3：确定搜寻方向，对搜寻区域进行全局路径规划；S4：采用人工势场法规划局部路径，构造斥力势场函数，设置多个无人艇避障决策分区，并为每个无人艇避障决策分区配置各自相对应的分区斥力势场函数；其中，所述的斥力势场函数能够表征无人艇与目标点之间的距离关系；S5：无人艇根据原始规划路径在搜寻区域内航行并探测目标和未知障碍物：S6：无人艇搜完整个搜寻区域后，结束任务。本发明专利技术运用双层规划构建静态路线；在无人艇航行过程中采用多避障算法构建动态路线，保障无人艇的安全航行同时满足对搜寻区域均匀覆盖的要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法


[0001]本专利技术涉及无人艇智能控制
，尤其涉及一种基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着航运业的飞速发展，海上运输贸易日益频繁，海上突发事件与日俱增、愈加复杂，必须更加重视海上人员的安全问题。海上搜救是保障海上人命财产安全，创造良好海上交通运输环境的必要手段，搜救包括搜寻和救助两个部分，搜寻是一切救助工作的前提和关键，但从现阶段海上搜救工作现状来看，海上搜救工作主要依靠人工驾驶船舶执行搜寻任务，受搜寻设施、协调能力等方面的影响，存在搜寻时间长、效率低、容易漏检和误检测等问题。
[0003]水面无人艇作为具备自主航行、控制和通信传输等功能的智能船舶，有自主性、灵活性、智能化、信息化的特性，利用无人艇执行搜寻任务为海上搜救工作的开展提供了新的途径，无人艇机动性高、成本低、搜寻范围广，能够极大提高搜寻效率、扩大搜寻范围，昼夜不间断地在恶劣的海洋环境下执行搜寻任务。
[0004]实际中，当搜寻环境完全已知时，通过目前可采用的路径规划方法可以得到令人满意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法，其特征在于，具体步骤如下：S1：获取海上搜寻区域，并读取搜寻区域的电子海图信息；S2：基于船体坐标系和全局坐标系构建无人艇系统模型；S3：确定搜寻方向，并基于平行线扫视搜寻对搜寻区域进行全局路径规划，设定搜寻区域内两条平行线路径之间的间隔宽度，即无人艇沿平行线路径直行时扫视的区域宽度为D；S4：根据电子海图提供的搜寻区域内的已知障碍物信息，采用人工势场法进行局部路径规划时，构造斥力势场函数U
o
(X)，设置多个无人艇避障决策分区，并为每个无人艇避障决策分区配置各自相对应的分区斥力势场函数；其中，所述的斥力势场函数U
o
(X)能够表征无人艇与目标点之间的距离关系d(X，X
g
)；S5：无人艇根据全局路径规划与局部路径规划确定的原始规划路径在搜寻区域内航行，并通过传感器探测目标和未知障碍物：当探测到目标时，将全局坐标系下的目标坐标发送给岸基或者搜救船舶，并沿原始规划路径继续航行进行搜寻；当探测到未知障碍物时，无人艇根据全局坐标系下的未知障碍物的坐标判断是否有避障目标点，如果有避障目标点，则采用人工势场法规划路径进行避障，否则采用Bug1算法或者Bug2算法规划路径进行避障，并在离开未知障碍物后复航到原始规划路径上继续航行进行搜寻；S6：当无人艇搜寻完整个搜寻区域后，结束搜寻任务。2.根据权利要求1所述的基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法，其特征在于，所述S2中，无人艇系统模型的运动方程设为：式中：x为无人艇的纵向位移，y为无人艇的横向位移，μ为无人艇的纵向速度，v为无人艇的横向速度，ψ为艏向角，r为转艏角速度。3.根据权利要求1所述的基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法，其特征在于，所述S3中，S31：确定搜寻区域的宽度，并根据搜寻区域的宽度确定搜寻方向：1)如果搜寻区域为矩形，则矩形的宽度即为搜寻区域的宽度；2)如果搜寻区域为凸多边形，则凸多边形搜寻区域的宽度计算方法为：设定凸多边形的顶点为P＝{p1，p2，
…
，p
n
}，各边为S＝{S1，S2，
…
，S
n
}，依次计算每条边上除了该边上两个顶点外其余全部顶点到该边的距离D
p3
‑
s1
，D
p4
‑
s1
，
…
，D
pn
‑
s1
，取其中的最大值为每条边的跨度D
s1
＝max{D
p3
‑
s1
，D
p4
‑
s1
，
…
，D
pn
‑
s1
}，取跨度中的最小值为凸多边形的宽度W＝min{D
si
|i＝1，2，
…
，n}；进行全局路径规划时，搜寻方向为与搜寻区域的宽度方向一致或者相反的方向；S32：根据无人艇探测范围内接正方形的宽度设置搜寻区域内两条平行线路径之间的间隔宽度D，即无人艇沿平行线路径直行时扫视的区域宽度。4.根据权利要求1所述的基于无人艇的海上搜寻区域覆盖路径规划方法，其特征在于，
所述S4中，根据电子海图提供的搜寻区域内的已知障碍物信息，采用人工势场法进行局部路径规划时，构造斥力势场函数U
o
(X)，并将以无人艇船位为圆心，τ为半径的圆形区域视为无人艇本体所在区域，即禁止区，设无人艇的安全距离为D
safe
，无人艇传感器的最大探测距离为D
sen
，设置多个无人艇避障决策分区，包括：将τ<d(X，X
o
)≤D
safe
的环形区域设为紧急外扩区；将D
safe
<d(X，X
o
)≤D
s
的环形区域设为常规避障区，其中D
s
＝D
sen
‑
D
safe
；将D
s
<d(X，X
o
)≤D
sen
的环形区域设为紧急收缩区；将d(X，X
o
)＞D
sen
的区域设为安全区；为每个无人艇避障决策分区配置各自相对应的分区斥力势场函数，其中，所述的斥力势场函数Uo(X)能够表征无人艇与目标点之间的距离关系d(X，X
g
)，对应公式为：式中，U
o
(X)为斥力势场函数；k
o
为增益系数；d(X，X
o
)为无人艇与障碍物之间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹勇，王秀玲，郭东东，刘一博，杨志林，周妍，
申请(专利权)人：大连海大智龙科技有限公司，
类型：发明
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