基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法技术

本发明专利技术提供了一种基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法，包括环境建模

【技术实现步骤摘要】
基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法


[0001]本专利技术涉及无人机路径规划
，具体是一种基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法
。

技术介绍

[0002]目前，无人机因具有功耗低
、
重量轻
、
体积小
、
机动性强
、
成本低廉的优点，被广泛应用在越来越多的领域当中，例如农业
、
物流
、
安防等
。
然而，在实际应用中，无人机可能会面临避障问题，例如移动障碍物
、
不良天气等
。
为了保证无人机的安全飞行，需要使用避障算法来规划安全路径
。
路径规划是保证无人机安全的关键技术之一，目前常用的路径规划算法有蚁群算法
、
快速搜索随机树算法和Ａ＊算法等
。A
＊算法作为全局最优算法在无人机路径规划中得到广泛应用，但是传统Ａ＊算法复杂度高
、
搜索效率低
。
目前算法在应用于全局路径规划时仍存在冗余节点多
、
路径搜索时间长等问题
。
导致无人机实时规划路径效率低，威胁无人机飞行安全
。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法，降低无人机路径搜索时间，满足无人机避障要求，以保障飞行任务安全
。
[0004]本专利技术提出了一种解决无人机路径规划时间长，路径存在冗余点问题的方法，包括环境建模
、
改进跳点拓展策略，优化跳点筛选规则
。
[0005]所述环境建模，栅格地图具有简单精确的特点，结合栅格法思想，根据式（1）建立栅格地图，0表示自由行走空间，1表示障碍物，每个栅格尺寸为
1m*1m
，同时将障碍物进行膨化处理，可将无人机视为质点，确保无人机不会触碰到障碍物边界
。
[0006][0007]路径规划的目标是在二维栅格环境中生成无碰撞路径，路径由一系列节点组成，这些节点连接规划空间中的起始点和目标点，路径可表示为：
[0008]其中，表示路径上第个节点的位置
。
[0009]所述改进跳点策略，从规划空间的起始点和目标点同时搜索路径
。
将双向搜索机制引入
JPS
算法
。
双向
JPS
算法是在扩展策略上对传统
JPS
算法的改进，思想是从起始点和目标点同时进行跳点搜索，在每次循环中，从两个方向分别扩展，直到两个方向同时以一个节点作为目标点，且此节点满足两个方向上的约束条件，寻路结束
。
同时在双向搜索过程中，不再以静止的目标点和起始点分别作为两个方向上的目标点，而是引入两个方向上当前跳点的父节点作为目标点进行扩展搜索，动态定义了启发式搜索的目标点，保证跳点同时更新，直至两个方向同时以一个节点作为目标点，或者该节点在另一个方向上的
closedlist
中出现时，路径寻优结束
。
[0010]所述优化跳点筛选规则，动态定义启发式搜索的目标点，引入当前跳点的父节点作为相对方向上跳点扩展的目标点
。
在提出“动态跳点”策略
、
动态定义启发式函数的目标点后，在每一次循环结束时实时动态更新目标点，加速了算法收敛，提高了算法效率
。
双向动态跳点搜索算法的具体流程如下：1）始化栅格地图；2）初始化节点信息，将起始点和目标点分别加入
openlist
（打开列表）1和
openlist2
中，初始化代价函数；3）判断
openlist1
及ｏ
openlist2
是否为空，若为空，则搜索失败；否则，继续进行步骤4）；4）进行正向搜索与反向搜索；5）更新目标点为相对方向上当前跳点的父节点；6）当正向搜索和反向搜索同时以同一节点为目标点，或者当前节点的下一个节点与相对方向上当前节点为同一节点时，寻路过程结束，从两个方向的关闭
closedlist
（关闭列表）1和
closedlist2
中进行父节点遍历即可得到最终路径
。
[0011]本专利技术有益效果在于：
1、
在障碍物密集的大型栅格地图下，所提方法减少了搜索节点的数量，缩短了算法搜索的时间，增强飞行安全性
。
[0012]2、
减少生成路径的冗余点，生成路径更加平滑合理，减少无人机转向次数，使无人机飞行更加顺滑
。
[0013]3、
实现飞行自主化，减少对于飞手的依赖性，无需飞手进行实时操作，可以执行更多的任务
。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
。
[0015]图1无人机路径规划流程图；图2为双向跳点搜索算法流程示意图
。
实施方式
[0016]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它实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0017]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术提出了一种解决无人机路径规划时间长，路径存在冗余点问题的方法，整体流程图如图1所示，包括环境建模
、
改进跳点拓展策略，优化跳点筛选规则
。
[0018]所述环境建模，栅格地图具有简单精确的特点，结合栅格法思想，根据式（1）建立栅格地图，0表示自由行走空间，1表示障碍物，每个栅格尺寸为
1m*1m
，同时将障碍物进行膨化处理，可将无人机视为质点，确保无人机不会触碰到障碍物边界
。
[0019][0020]路径规划的目标是在二维栅格环境中生成无碰撞路径，路径由一系列节点组成，这些节点连接规划空间中的起始点和目标点，路径可表示为：
[0021]其中，表示路径上第个节点的位置
。
[0022]所述改进跳点策略，从规划空间的起始点和目标点同时搜索路径
。
将双向搜索机制引入
JPS
算法，流程如图2所示
。
双向
JPS
算法是在扩展策略上对传统
JPS
算法的改进，思想是从起始点和目标点同时进行跳点搜索，在每次循环中，从两个方向分别扩展，直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法，其特征在于：包括环境建模
、
改进跳点拓展策略和优化跳点筛选规则；所述环境建模结合栅格法思想建立栅格地图，在二维栅格环境中生成无碰撞路径，路径由一系列节点组成，这些节点连接规划空间中的起始点和目标点，路径可表示为：
;
其中，表示路径上第个节点的位置；所述改进跳点策略，采用双向
JPS
算法从规划空间的起始点和目标点同时搜索路径；所述优化跳点筛选规则，动态定义启发式搜索的目标点，引入当前跳点的父节点作为相对方向上跳点扩展的目标点，在提出“动态跳点”策略
、
动态定义启发式函数的目标点后，在每一次循环结束时实时动态更新目标点
。2.
根据权利要求1所述的基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法，其特征在于：所述栅格地图通过如下公式建立：
;
式中，0表示自由行走空间，1表示障碍物，栅格地图中每个栅格尺寸为
1m*1m
，同时将障碍物进行膨化处理，将无人机视为质点，确保无人机不会触碰到障碍物边界
。3.
根据权利要求1所述的基于改进跳点搜索算法的无人机路径规划方法，其特征在于：所述双向
JPS
算法具...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小光，邢钢，
申请(专利权)人：南京壮大智能科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：