【技术实现步骤摘要】
本专利技术适用于无人艇领域，尤其涉及一种无人艇的节能路径规划方法。
技术介绍
1、无人艇的智能化是对海域自主巡航的发展趋势，也是国内外学者的研究热点，无人艇自身具备感知系统、动力系统、导航系统，可通过设定起始点与目标点，加入相应的约束条件形成带约束的优化问题，使无人艇自主完成两点间的海域巡航工作。
2、现有对无人艇的巡航算法研究，如传统d*lite算法、a*算法、动态窗口算法等主要是在理想情况下针对航行的安全性以及航线长短的问题，面对传感器感知到动态的环境障碍物信息，无人艇能够做出有效的避障处理，保证无人艇航行一定程度的安全，而缩短与目标点的航线能够减少无人艇在航行过程中的能量损耗。而在现实的海洋环境中，由于环境的影响，如洋流、海浪、风向等，往往会造成无人艇的偏航，现有方法规划的路径难以精准地到达目的地，且往往只能实现避障，而较少考虑与障碍物的距离，而海上复杂的环境干扰会造成无人艇偏离规划的航线，这会给无人艇带来很大的安全隐患，且有的算法也存在搜索的时间复杂度较高的问题。
3、因此，亟需一种无人艇的节能路径规划方法解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种无人艇的节能路径规划方法，旨在解决现有技术中受动态环境影响造成无人艇航线安全隐患大、能耗高以及算法搜索时间复杂度高的问题。
2、所述节能路径规划方法包括以下步骤：
3、s1、对已知地图进行二值化，得到二值化地图，并根据所述二值化地图制作多重泰森多边形作为第一路网；其中，所述
4、s2、将作业点以及多层级的环境信息载入至所述第一路网，得到第二路网；其中，所述作业点包括起点和终点，所述环境信息包括风和海流或水流；
5、s3、通过预设算法根据多层级的所述环境信息对所述第二路网中起点到终点的路径进行规划，得到第一路径；在路径规划过程中记录所述第一路网中每一节点的能耗代价，并根据所述能耗代价建立时间锚点；
6、s4、根据所述无人艇的最小转弯半径建立阈值，并根据所述第一路径中的路径点间距与所述阈值优化所述第一路径，得到第二路径。
7、优选的，步骤s1包括以下子步骤：
8、s11、对所述二值地图中的海岸线进行扩张，根据扩张后的结果在所述二值地图上划分可达区域和障碍物，得到用于表示所述二值化地图不可达区域的原始基点；
9、s12、根据所述原始基点建立初始泰森多边形；
10、s13、根据扩张后的海岸线对所述初始泰森多边形进行优化，得到可用泰森多边形；
11、s14、提取上一重所述可用泰森多边形的基点以及节点作为下一重所述可用泰森多边形的基点；
12、s15、重复步骤s12、s13以及s14直至路网密度满足要求，得到所述第一路网。
13、优选的，步骤s13中对所述初始泰森多边形进行优化的过程包括以下子步骤：
14、s131、遍历所述初始泰森多边形所有的边和节点；
15、s132、若遍历的边有一个端点在地图边缘则删除，遍历下一条边；
16、s133、若遍历的边对应的两个基点属于同一障碍物的顶点则删除，遍历下一条边；
17、s134、重复步骤s132和步骤s133直至遍历完成；
18、s135、删除所有在所述障碍物内的所述初始泰森多边形的节点；
19、s136、所有未被步骤s133和步骤s135删除的节点和边组成网络图，并检测所述网络图的连通性，若连通则标记为可用；若不连通则标记为不可用。
20、优选的，步骤s15包括以下子步骤：
21、s151、根据步骤s136判断当前重数的所述网络图是否可用，若不可用则返回步骤s12；若可用则进行下一步；
22、s152、记录所述可用泰森多边形中每一节点的坐标与每一节点能连接到的对应子节点坐标。
23、优选的，步骤s2中载入所述作业点的过程包括以下子步骤：
24、s211、将所述起点和所述终点载入所述第一路网中；
25、s212、将以所述起点或所述终点为圆心，半径为r米的圆内的所述第一路网的节点与所述起点或所述终点连接，生成连接线；
26、s213、若所述起点或所述终点为圆心，半径为r米的圆内没有所述第一路网的节点，则对半径r增加预设值，再进行载入所述环境信息；
27、具体的，对半径r增加预设值，有r＝r+m，m表示当前环境信息的层级。
28、s214、基于步骤s11生成的障碍物，对步骤s212生成的连接线进行判断是否安全，去除不安全的连接线；
29、s215、若所述起点或所述终点没能与所述第一路网的节点进行连接，则分以下情况进行处理：
30、若所述起点或所述终点没有节点进行延申，则连接离所述起点或所述终点最近的第一重泰森多边形的节点作为进行延伸的节点；
31、若存在所述起点或所述终点可以进行延伸的节点，则将所述起点或所述终点连接该节点的子节点，并将子节点作为新的延伸的节点。
32、优选的，步骤s2中载入所述环境信息的过程包括以下子步骤：
33、s221、获取水流图或海流图以及海面风场作为第一层的所述环境信息；其中，所述环境信息的层级随时间增加而增加；
34、s222、将所述第一路网以预设距离将每条边离散为多个点，并记录每个点的位置；
35、s223、记录步骤s222中每个点和末端点的海流速度矢量以及风速矢量。
36、优选的，步骤s3中所述预设算法包括以下步骤：
37、s31、建立第一列表和第二列表，初始化所述第二路网中各节点的能耗代价；
38、s32、将所述起点加入所述第一列表，计算并更新所述起点与所述起点的子节点的能耗代价；
39、s33、将所述起点加入所述第二列表；
40、s34、遍历所述第一列表，寻找能耗代价最小的节点作为当前要进行拓展的拓展节点；
41、s35、根据所述时间锚点计算并记录所述拓展节点对应所述环境信息的层级；
42、s36、判断所述第一列表中是否有所述拓展节点，若否，则直接计算所述拓展节点的代价；若是，则比较所述拓展节点与所述拓展节点周围的节点的能耗代价并进行处理；
43、s37、将所述拓展节点加入所述第二列表；
44、s38、判断与所述终点连接的所有节点是否都加入所述第二列表，若是，则结束算法；若否，则返回步骤s34。
45、优选的，步骤s32中所述起点与所述起点的子节点的能耗代价的计算公式如下：
46、f*(n)＝g*(n)+h*(n)；
47、
48、其中，f*(n)表示所述起点与所述起点的子节点的连接代价；g*(n)表示初始化后各节点的代价；h*(n)表示启发函数。
49、优选的，定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，所述节能路径规划方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：
3.如权利要求2所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S13中对所述初始泰森多边形进行优化的过程包括以下子步骤：
4.如权利要求3所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S15包括以下子步骤：
5.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S2中载入所述作业点的过程包括以下子步骤：
6.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S2中载入所述环境信息的过程包括以下子步骤：
7.如权利要求6所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S3中所述预设算法包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S32中所述起点与所述起点的子节点的能耗代价的计算公式如下：
9.如权利要求8所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，定义所述拓展节点
10.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，所述节能路径规划方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤s1包括以下子步骤：
3.如权利要求2所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤s13中对所述初始泰森多边形进行优化的过程包括以下子步骤：
4.如权利要求3所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤s15包括以下子步骤：
5.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法，其特征在于，步骤s2中载入所述作业点的过程包括以下子步骤：
6.如权利要求1所述的无人艇的节能路径规划方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲铭，杨立鑫，黄增鸿，吕伟俊，徐雍，刘畅，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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