【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及路径规划领域，尤其是涉及一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法。
技术介绍
1、月面巡视路径规划则是国际月球科学站开展长期科学探测、资源勘探与利用、月球表面基础设施建设的关键环节，也是保障月球探测任务安全和长期巡视探测的科学基础。巡视器作为月表移动机器人，在月球就位探测中发挥着突出的作用。而在月球极地区域，由于地形复杂和光照变化剧烈，国际月球科研站开展巡视探测任务将面临从未有过的挑战。
2、月表巡视器路径规划的核心关键点有两个：1)根据路径综合代价函数构建可通过性代价地图，2)利用可通过性代价地图进行路径规划与优化。在路径综合代价函数方面，大多数研究主要采用对指标进行加权求和的方式来计算；早期研究中，主要将危险地形地貌当作无穷大的行驶代价，以避免巡视器进入危险区域。近十年的研究中，考虑车体与地形的交互作用，在综合代价计算中考虑了车体滑移、车体姿态、能量耗费、能量产出等因素对路径的影响，也有研究同时考虑地形行走代价、移动里程代价、操作控制代价等其他因素。但是，大部分路径代价计算往往只考虑了极少数因素(如能量耗费)，且路径规划方法的验证实验主要分布于月表中低维度。针对月球南极复杂地形区域，如何综合考虑包括行驶安全性和能量产耗等多因素进行长距离路径规划，是巡视规划需要重点突破的关键方法。
3、随着月球巡视探测从简单探测向更复杂的资源开发和月球科研站建设推进，对月球巡视器的能力要求也从局部小范围向长距离大范围转变。在长距离巡视器移动探测过程中可能遇到的风险有月面复杂地形中潜在的危险，
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种针对长距离规划的顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，综合考虑太阳能产出与行驶耗费能量因素，形成全局-分块实施的最优化路径规划。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，包括以下步骤：
4、s1、基于太阳能产出与行驶耗费能量构建路径总代价函数；
5、s2、综合考虑行驶方向、距离、坡度、光照多因素构建可通过性地图，并基于路径总代价函数和可通过性地图构建启发式代价矩阵；
6、s3、基于启发式代价矩阵，利用a*路径规划算法计算全局路径；
7、s4、对全局路径进行自适应分块并构建块内可通过性地图；
8、s5、自适应生成块间多个中间航路点，基于a*路径规划算法计算局部路径；
9、s6、链接块间局部路径形成全局路径，并对形成的路径进行评估以确定最佳行驶路径。
10、所述步骤s1包括以下步骤：
11、s11、构建行驶耗费能量模型；
12、s12、构建太阳能产出模型；
13、s13、基于行驶耗费能量模型和太阳能产出模型构建路径总代价函数。
14、所述行驶耗费能量模型为：
15、e＝rg+nw×(rc+rb)×d
16、式中，e为巡视器行驶耗费的能量，nw为车轮个数，d为移动距离，rg为巡视器重力的沿坡分量，rb为月壤风化层阻力，rc为风化层压实阻力；
17、所述巡视器重力的沿坡分量的计算公式为：
18、rg＝mg sin(θ)×cos(β)×upordown
19、式中，m为巡视器质量，g为月球重力加速度，θ为坡度，β为车体前进方向与坡向的夹角，upordown为1代表处于上坡状态，为-1代表处于下坡状态；
20、所述月壤风化层阻力的计算公式为：
21、
22、式中，φ是月壤/车轮摩擦角(通常取35°)，cb、ρ、α、kc、kγ和l分别是轮壤粘聚力系数、月壤密度、接近角、月壤变形密度模量、月壤变形粘聚力模量和月壤破坏深度；
23、所述风化层压实阻力的计算公式为：
24、
25、式中，b是车轮宽度，r是车轮半径，kc是月壤变形黏性模量，kφ是变形摩擦模量，n是月壤变形指数，z为车辙深度。
26、所述太阳能产出模型为：
27、c＝a*u*i*sinαh
28、式中，c为产出太阳能，a为太阳能电池板面积，i为太阳能常量，u为能量转换效率，αh为太阳相对巡视器电池板的方位角与高度角。
29、所述路径总代价函数为：
30、costij＝cij-eij
31、式中，i与j代表两个相邻的节点，cij代表巡视器太阳能电池板从i点到j点的产出能量，eij代表从i点走到j点巡视器耗费的能量，costij代表巡视器从i点到j点路径的总代价，且均为有向代价。
32、所述步骤s2具体为：
33、利用滑动窗口自适应阈值筛选法剔除高风险区域，构建可通过性地图；
34、基于路径总代价函数，利用floyd算法构建启发式代价矩阵。
35、所述步骤s3具体为：
36、确定巡视探测任务的起始点和终止点，采用a*路径规划算法计算全局路径，其中，所述a*路径规划算法的代价函数基于启发式代价矩阵和真实代价确定。
37、所述步骤s4具体为：
38、将巡视探测任务的起始点作为第一个块的中心，依据全局路径分为若干个正方形区域，计算每个块的可通过性地图，所述正方形区域的数量大于2。
39、所述步骤s5具体为：
40、设置正方形区域与全局路径交点作为参考航路点，通过反距离加权与巡视指标值选择出距离参考航路点的距离越近且巡视指标质量越高的若干个中间航路点，依次在局部块状区域使用a*路径算法计算块间中间航路点的行驶路径，生成局部路径。
41、所述步骤s6具体为：
42、链接局部路径生成全局路径，根据巡视指标值在所有生成的全局路径中选择指标表现最好的路径作为最佳行驶路径。
43、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
44、(1)本专利技术通过综合考虑太阳能产出和行驶耗费能量构建路径代价函数，精准量化巡视器行驶的能量产出与消耗，确保在月球地形复杂和光照变快速化区域的巡视能源安全。
45、(2)本专利技术通过采用滑动窗口自适应阈值选取策略，解决了可通过性地图危险阈值的设定问题，准确剔除了撞击坑、陡坡等危险地形，有效避免了巡视器进入危险区域。
46、(3)本专利技术通过综合考虑行驶方向、距离、坡度、光照多因素的可通过性地图自适应构建方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述行驶耗费能量模型为：
4.根据权利要求2所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述太阳能产出模型为：
5.根据权利要求2所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述路径总代价函数为：
6.根据权利要求1所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
7.根据权利要求1所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
8.根据权利要求1所述的一种顾及能量耗费的月面长距离巡视路径自适应分块规划方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
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