【技术实现步骤摘要】
一种基于人工势场和跳点搜索优化的船舶航线规划方法
[0001]本专利技术属于智能船舶航线规划
，具体来说，涉及一种基于人工势场和跳点搜索优化的船舶航线规划方法
。
技术介绍
[0002]在智能船舶领域中，航线规划是智能船舶自主航行的核心内容之一
。
航线规划是指在给定航线起点
、
目标点和海洋环境信息的前提下，在起点和目标点间利用某种航线规划算法规划出一条从起点开始避开障碍物到达目标点的最优或次优航线
。
目前常用的航线规划算法有
A*
算法
、RRT
算法
、
蚁群算法
、
遗传算法和人工势场算法等，其中人工势场算法由于其实时性高
、
计算量小
、
规划的航线较平滑等优点被广泛应用于船舶航线规划领域
。
[0003]人工势场算法的基本思想是通过构建虚拟势场来引导船舶移动
。
由目标点处产生引力场，障碍物处产生斥力场，引力吸引船舶向目标点...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于人工势场和跳点搜索优化的船舶航线规划方法，其特征在于，包括：步骤1：初始化人工势场算法的相关参数，所述人工势场算法的相关参数包括：船舶航线规划空间地图
、
起点坐标
、
目标点坐标
、
引力场增益系数
、
斥力场增益系数以及障碍物的斥力影响范围半径；步骤2：执行人工势场算法进行船舶航线规划，并在船舶的航线规划过程中判断人工势场算法是否陷入局部极小值，若陷入局部极小值则执行步骤3，否则移动到下一位置继续执行步骤2的寻路操作，若算法规划至目标点执行步骤5；步骤3：将局部极小值输入跳点搜索规则中，执行步骤4；步骤4：基于跳点搜索规则对扩展的节点进行筛选，保留改变搜索方向的节点作为跳点，将跳点作为下一位置继续执行步骤2的寻路操作；跳点搜索方式包括：如果局部极小值点水平方向
、
垂直方向和对角线方向都可以移动，则首先在水平方向和垂直方向搜索跳点，在水平方向或垂直方向搜索过程中，遇到障碍或到达地图边界，则搜索过程停止，且搜索路径上的所有节点都被忽略，当水平方向或垂直方向搜索失败时，则进行对角线方向搜索；步骤5：输出船舶航线坐标集合
。2.
根据权利要求1所述的一种基于人工势场和跳点搜索优化的船舶航线规划方法，其特征在于，执行人工势场算法进行船舶航线规划，包括：通过构建虚拟势场搭建船舶航行环境，船舶在虚拟势场中所受的力是由势场的负梯度产生的，船舶所处环境的总势场函数为：
U
＝
U
att
+U
rep
其中，
U
表示船舶所处环境的总势场，
U
att
表示目标点位置产生的引力场；
U
rep
表示障碍物位置产生的斥力场，通过对船舶所处位置的势场强度求负梯度得到船舶在此位置受到的势场力，受力方向与势场函数值下降最快的方向一致，船舶所受合力为：
F
＝
F
att
+F
rep
其中，
F
为船舶在虚拟势场中所受的合力，
F
att
为船舶在虚拟势场中所受的引力，
F
rep
为船舶在虚拟势场中所受的斥力；其中，引力势场函数为：其中，
U
att
(s)
为船舶在节点
s
处所受的引力势场，
k
att
为引力场增益系数，
s
goal
为目标点位置，通过对引力势场求负梯度可以得到船舶所受引力，引力计算方式为：
F
att
(s)
＝
‑
grad(U
att
(s))
＝
k
att
(s
goal
‑
s)
其中，
F
att
(s)
为船舶在节点
s
处所受的引力，引力方向指向目标点，斥力势场函数为：其中，
U
rep
(s)
为船舶在节点
s
处所受的斥力势场，
k
rep
为斥力场增益系数，
r
obs
为障碍物
的斥力影响范围半径，
ρ
(s,s
obs
)
表示船舶所处位置
s
与障碍物
s
obs
之间的距离
。
通过对斥力势场求负梯度可以得到船舶所受斥力
F
rep
(s)
，斥力计算方式为：其中，
F
rep
(s)
为船舶在节点
s
处所受的斥力，斥力方向指向船舶
。3.
根据权利要求1所述的一种基于人工势场和跳点搜索优化的船舶航线规划方法，其特征在于，并在船舶的航线规划过程中判断人工势场算法是否陷入局部极小值，包括：根据如下公式所示的方式判断局部极小值：其中，
F(s)
为船舶在节点
s
处所受的合力，
F
att
(s)
为船舶在节点
s
处所受的引力，为船舶在节点
s
处所受的斥力总和，
m
为船舶在节点
s
处受斥力影响的障碍物个数；且满足：
||∠F
att
(s)
‑
∠F
rep
(s)||
＝
180
°
其中，
∠F
att
(s)
为船舶在节点
s
处所受的引力在笛卡尔坐标系下形成的角度，
∠F
rep
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秀国，张凤阁，曹志英，王培鹏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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