一种用于船舶连续路径跟踪的圆弧路径生成方法技术

本发明专利技术提出一种用于船舶连续路径跟踪的圆弧路径生成方法，具体涉及一种用于动力定位船可以较完美地实现对直线加圆弧路径的生成，并对其模块化。由于在实际工程中，可以直接使用航点表中储存的航点信息，为直观地对比实际轨迹与预计轨迹的偏差，应根据预计的路径生成并显示出来。在本发明专利技术中，仅采用三个航点坐标和转弯半径作为算法的输入，三个点中间存在两段直线路径和一段半径为R

【技术实现步骤摘要】
[0014]第五步，根据α
turn
的正负来判断船舶在各段路径之间的转向：
[0015]当α
turn
＞0
°
时，船舶在第一段到第二段路径之间为右转；当α
turn
＜0
°
时，船舶在第一段到第二段路径之间为左转；
[0016]第六步，对α
turn
做优化处理以实现角度保护功能，让船在两段直线路径的转弯角度始终在180
°
以内，以此缩减转弯时间，以免耗费不必要的能量：
[0017]当α
turn
＞180
°
时，给α
turn
的值减去360
°
；当α
turn
＜
‑
180
°
时，给其值加上360
°
；
[0018]第七步，计算直线路径AB的长度：
[0019][0020]第八步，计算直线路径BC的长度：
[0021][0022]第九步，判断角度关系：
[0023]∠MON＝α
turn
、∠MOB＝∠NOB
[0024]第十步，由第九步可得线段BM、BN、OB的长度计算公式如下：
[0025][0026]L
BN
＝L
BM
[0027][0028]第十一步，计算在左转时BO的角度，公式如下：
[0029]此时α
turn
＜0；
[0030]第十二步，计算在右转时BO的角度，公式如下：
[0031]此时α
turn
＞0；
[0032]第十三步，计算O、M、N三点在船体坐标系下的坐标，公式如下：
[0033][0034]至此在模块化的程序中将O、M、N坐标输出，即可利用画图命令在Qt程序中将规划出的直线加圆弧路径画出预计的路径轨迹。
[0035]本专利技术具有的有益效果是：
[0036]本专利技术仅采用三个航点坐标和转弯半径作为算法的输入，三个点中间存在两段直线路径和一段半径为R
turn
的圆弧路径，通过该算法，若航点表中输入多个点，通过循环计算，即可不间断地生成直线与圆弧的复合路径。使铺管船完成整条路径生成。具有比较重要
的工程应用价值和现实意义。
附图说明
[0037]图1为曲线路径展示图。
[0038]图2为路径角度标识图。
[0039]图3为转弯过程计算分析图。
[0040]图4为右转过程的BO角度计算图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]本专利技术针对铺管船在铺管作业时为了实现两条直线路径之间的平滑过渡，需在相邻的直线路径之间生成一条圆弧路径的问题。提出一种用于铺管船可以较完美地实现对直线加圆弧路径的生成，并对其模块化的算法。本专利技术根据存储在航点表中的航点生成连续的预计铺管路径，结合LOS(line
‑
of
‑
sight)视线导引算法设计了船舶路径生成方法。实现了可直观地对比实际轨迹与预计轨迹的偏差。
[0043]首先采用三个航点坐标和转弯半径作为算法的输入，三个点中间存在两段直线路径和一段半径为R
turn
的圆弧路径。其次计算与路径有关的数据：路径角度与长度。并将回转角度优化，使其始终在180
°
内。最后计算出圆弧路径上三个点(O、M、N)的坐标，经验证其适用于左转、右转、起始角为正、起始角为负等所有情况。本专利技术在模块化的程序中将O、M、N坐标输出，即可利用画图命令在Qt程序中将规划出的直线加圆弧路径画出预计的路径轨迹。
[0044]结合图1、图2来分析曲线路径，结合图3、图4来分析转弯角度，本专利技术提出一种用于船舶连续路径跟踪的圆弧路径生成方法，所述方法包括以下步骤：
[0045]第一步，将船舶航点A(N0，E0)点设定为第一段直线路径的起点，船舶航点B(N1，E1)点设定为第一、二段直线路径的拐点，船舶航点C(N2，E2)点设为第二段直径路线的终点；曲线路线的半径为R
turn
；
[0046]第二步，计算直线路径AB的角度：
[0047][0048]第三步，计算直线路径BC的角度：
[0049][0050]第四步，在两段直线路径之间，船需要回转的角度的计算公式为：
[0051]α
turn
＝α2‑
α1[0052]第五步，根据α
turn
的正负来判断船舶在各段路径之间的转向：
[0053]当α
turn
＞0
°
时，船舶在第一段到第二段路径之间为右转；当α
turn
＜0
°
时，船舶在第
一段到第二段路径之间为左转；
[0054]第六步，对α
turn
做优化处理以实现角度保护功能，让船在两段直线路径的转弯角度始终在180
°
以内，以此缩减转弯时间，以免耗费不必要的能量：
[0055]当α
turn
＞180
°
时，给α
turn
的值减去360
°
；当α
turn
＜
‑
180
°
时，给其值加上360
°
；
[0056]第七步，计算直线路径AB的长度：
[0057][0058]第八步，计算直线路径BC的长度：
[0059][0060]第九步，判断角度关系：
[0061]∠MON＝α
turn
、∠MOB＝∠NOB
[0062]第十步，由第九步可得线段BM、BN、OB的长度计算公式如下：
[0063][0064]L
BN
＝L
BM
[0065][0066]第十一步，计算在左转时BO的角度，公式如下：
[0067]此时α
turn
＜0；
[0068]第十二步，计算在右转时BO的角度，公式如下：
[0069]此时α
turn
＞0；
[0070]第十三步，计算O、M、N三点在船体坐标系下的坐标，公式如下：
[0071][0072]经验证，上述公式适用于左转、右转、起始角为正、起始角为负等所有情况。
[0073]至此在模块化的程序中将O、M、N坐标输出，即可利用画图命令在Qt程序中将规划出的直线加圆弧路径画出预计的路径轨迹。
[0074本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于船舶连续路径跟踪的圆弧路径生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，将船舶航点A(N0，E0)点设定为第一段直线路径的起点，船舶航点B(N1，E1)点设定为第一、二段直线路径的拐点，船舶航点C(N2，E2)点设为第二段直径路线的终点；曲线路线的半径为R
turn
；第二步，计算直线路径AB的角度：第三步，计算直线路径BC的角度：第四步，在两段直线路径之间，船需要回转的角度的计算公式为：α
turn
＝α2‑
α1第五步，根据α
turn
的正负来判断船舶在各段路径之间的转向：当α
turn
＞0
°
时，船舶在第一段到第二段路径之间为右转；当α
turn
＜0
°
时，船舶在第一段到第二段路径之间为左转；第六步，对α
turn
做优化处理以实现角度保护功能，让船在两段直线路径的转弯角度始终在180
°
以内，以此缩减转弯时间，以免耗费不必要的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新飞，金忠宇，姬洪州，袁利毫，张仁丹，秦飞，崔志彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：