【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人船导航控制，尤其涉及一种无人船的全局路径规划方法、终端及储存介质。
技术介绍
1、无人船(unmanned surface vessel,usv)，它是一种无人操作的水面船，充满了科技与未来的神秘色彩。作为智能化产物，无人船凭借着卓越的自主性，能够无需依赖人类，就能独立地分析和规划出最佳的航行路径，极大地提升了航行效率。同时，无人船还具有显著的低风险性，能够有效避免因为驾驶员的疏忽或者操作失误而产生的安全事故。此外，无人船也具有强大的环境适应能力，无论是在风平浪静的海面，还是在波涛汹涌的大海，都能游刃有余地完成任务。
2、尽管无人船在执行目标测量任务时具有很高的应用价值，但是由于自身航程的限制以及通讯距离的限制，很难在运行过程中时刻受到人为控制。为了弥补这一不足，我们需要开发出优越的全局路径规划算法，以提高无人船的自主航行能力。这种全局路径规划算法能够在复杂的环境中为无人船规划出最优的航线，并且能够根据实时的环境变化进行动态调整，使无人船始终能够保持最优的航行状态。
3、路径规划研究的核心内容是在特定的环境中，利用系统与环境的互动，生成一条安全、合理的道路路线。这个研究项目的内容也会根据所给定场景的不同，被细分成两种主要的规划方式：全局路径规划和局部路径规划。全局路径规划是一种从头到尾的完整端到端路径生成方法，这是一段道路路线中的各种局部规划的综合表现。而局部路径规划则是根据道路上的实时变化环境进行实时规划，从而引导车辆或机器人走出一条最优化的线路。这两种规划方式在实际应用中都可以相互转
4、目前常用的全局规划算法主要有可栅格法和视图法等。这些算法通过规划出道路上的坐标点，然后再按照一定的顺序将点连成线，最终构建出一条完整的道路路线。然而，传统的路径规划算法存在平滑度差、时间长、代码复杂以及计算效率低的问题。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是传统的路径规划算法存在平滑度差、时间长、代码复杂以及计算效率低的问题。
3、(二)技术方案
4、第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无人船的全局路径规划方法，包括以下步骤：
5、s1、在网格地图中进行路径规划，确定路径的起始点和终止点，并构建从起始点出发到终止点为止的预设路径，所述预设路径避开障碍物；
6、s2、基于所述预设路径，从起始点开始基于预设算法循环扩展与当前路径点相邻的相邻关键点，将与当前路径点距离最短的相邻关键点标记为最优路径点；
7、s3、回溯提取所有的最优路径点形成路径，并对所述路径进行平滑处理作为全局路径输出。
8、进一步地，所述路径规划包括以下步骤：
9、建立栅格地图，标记每个障碍物占据的栅格，并膨化所述栅格形成禁止区域；
10、在所述栅格地图上确定路径的起始点和终止点，构建从起始点出发到终止点结束的预设路径，所述预设路径避开所述禁止区域。
11、进一步地，s2具体包括以下步骤：
12、s21、初始化开放列表和关闭列表，其中，所述开放列表用于存储没有访问过的路径点信息，所述关闭列表用于存储已经访问过的路径点信息；
13、s22、将起始点加入开放列表，沿从起始点到终止点的路径方向进行路径点搜索，若开放列表不为空，则令当前路径点为开放列表中评价函数f值最低的点，并搜索当前路径点可到达的多个相邻关键点，利用评价函数选取其中的最优的相邻关键点，作为下一父节点，继续进行路径点搜索；若开放列表为空，则执行步骤s3；
14、s23、在到达终止点之前，继续进行路径点搜索，判断搜索到的新的相邻关键点是否在开放列表中：如果新的相邻关键点不在开放列表中，则将该相邻关键点加入至开放列表中，采用评价函数计算该相邻关键点的g值、f值和h值，并将该相邻关键点设置为当前路径点的父节点，作为最优路径点加入关闭列表中；如果新的相邻关键点在开放列表中，则采用评价函数计算该相邻关键点的g值，并与前一路径点的g值进行对比，选择g值最小的路径点作为下一次路径点搜索的父节点，并将f值最小的最优路径点加入关闭列表中，然后继续沿路径方向进行路径点搜索，将搜索到的路径点加入到开放列表中；
15、s24、循环执行步骤s22和s23以扩展子节点，直至开放列表为空。
16、进一步地，所述评价函数的表达式为：f值＝g值+h值，其中f值是评价函数，g值是起始点到当前路径点之间的代价值，h值是从当前路径点到终止点的最短路径的启发值。
17、进一步地，步骤s23中，若搜索到的新的相邻关键点在关闭列表中时，则跳过该相邻关键点。
18、进一步地，步骤s23中，若搜索到的新的相邻关键点为终止点时，则从该相邻关键点开始反向遍历路径，直到返回路径。
19、第二方面，本专利技术还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述技术方案中任一种所述的无人船的全局路径规划方法。
20、第三方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一种所述的无人船的全局路径规划方法。
21、(三)有益效果
22、本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
23、1、本专利技术针对无人船具体水上航行任务提出了解决方案，经过案例测试，该算法满足实际工程应用性能要求。解决了传统路径规划算法平滑度差、时间长等问题。
24、2、本专利技术通过栅格膨化的方式处理障碍物的位置，并使设计预设路径避开所述禁止区域，从而使得路径规划过程中能够在尽量避免和周围障碍物发生碰撞的前提下，找到最佳的路径。
25、3、本专利技术通过特定规则对每个路径点进行评估，筛选出最优路径点，达到在最短时间内寻找到最优解的目的，有效提升了算法的计算效率。
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1.一种无人船的全局路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，所述路径规划包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，所述评价函数的表达式为：F值＝G值+H值，其中F值是评价函数，G值是起始点到当前路径点之间的代价值，H值是从当前路径点到终止点的最短路径的启发值。
5.根据权利要求2所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，步骤S23中，若搜索到的新的相邻关键点在关闭列表中时，则跳过该相邻关键点。
6.根据权利要求2所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，步骤S23中，若搜索到的新的相邻关键点为终止点时，则从该相邻关键点开始反向遍历路径，直到返回路径。
7.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的无人船
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的无人船的全局路径规划方法。
...【技术特征摘要】
1.一种无人船的全局路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，所述路径规划包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，s2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，所述评价函数的表达式为：f值＝g值+h值，其中f值是评价函数，g值是起始点到当前路径点之间的代价值，h值是从当前路径点到终止点的最短路径的启发值。
5.根据权利要求2所述的无人船的全局路径规划方法，其特征在于，步骤s23中，若搜索到的新的相邻关键点在...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾江峰，孙溪桥，韩玮，张天航，刘如磊，罗晔，张紫萌，肖睿，李哲，董钉，胥凤驰，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：
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