【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，属于无人车辆控制。
技术介绍
1、水陆两栖车辆是一种既能够在陆上行驶又能够在水面航行的特种车辆。受益于其灵活性和多功能性，两栖无人车辆在紧急救援、海洋探测、海洋边境巡逻等民用和军用领域都发挥出越来越重要的作用。路径规划技术作为关键技术之一，是保证两栖无人车辆安全、高效地完成任务的前提。然而，对于两栖车辆，现有路径规划算法都专注于避障而很少考虑风浪的影响，可能导致额外增大两栖车辆能耗。1968年，peter hart提出的a*算法是一种解决路径搜索问题的启发式算法，它用于在地图中找到从起始点到终点的最短路径。这种方法没有考虑风浪对两栖车辆的影响，导致搜索的路径虽然路程最短但耗时或耗能未必是最小的。因此，本专利技术综合考虑风浪的影响，提供一种基于两栖无人车辆路径优化方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，旨在解决两栖无人车辆在风浪的影响下仍能按照能耗最优的路径航行。
2、一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，包括以下步骤：
3、第一步：取两栖无人车辆航行海域的电子海图，采用栅格地图方法对区域进行环境建模，设置航行的起始点和终点。
4、1.1根据电子海图将航行海域划分为一定数量的正方形单元格形成栅格地图，并根据栅格内是否存在障碍划分为可通行栅格和不可通行栅格。
5、第二步：获取航行海域先验信息，基于能
6、由于并不能完全知道航行海域所有位置的风浪信息，但可以根据历史相同时期的风浪信息对当前的风浪进行估计，根据历史风浪信息采用能耗优化的a*算法生成的路径在一定程度上考虑风浪的影响。
7、2.1航行海域先验信息是指历史同时期平均风速、风向、浪高信息，并将这些信息添加到栅格地图中。
8、2.2建立两栖无人车辆能耗模型。在两栖车辆行驶过程中，两栖车辆推进器输出功率用于克服水的阻力，故发动机的消耗功率为
9、
10、p为两栖车辆发动机的消耗功率，ρ是海水密度，s是两栖车辆浸水面积，v是航速，cr是阻力系数，η是机械效率。
11、2.3所谓的能耗优化的a*算法是一种改进的a*算法。传统a*算法中，栅格地图中每个节点代价函数被设置为f＝g+h；
12、其中g是从起点移动到当前节点所需的代价，h是启发式函数，估计当前节点到终点的估算代价；a*算法的流程为：
13、建立open list和close list；
14、将起点放入open list中；
15、重复以下过程：
16、遍历open list，弹出f值最小的节点作为当前要处理的节点，并加入到closelist中；如果是终点，则结束重复过程，通过回溯父节点得到全局路径；
17、遍历与此节点相邻的8个节点，若为障碍节点或已在close list中则忽略，否则执行一下操作：
18、若不在open list中，将当前节点作为它的父节点，并记录它的f值，g值和h值；
19、若在open list中，比较当前节点和它的父节点的g值，如果当前节点的g值更小，那么把它的父节点更新为当前节点。
20、而在能耗优化的a*算法中，从起点移动到当前节点所需的代价g考虑风浪对两栖车辆的影响，包括以下两个部分：
21、g＝g1+g2，
22、其中，g1表示起点移动到当前节点需要的时间代价，g2表示起点移动到当前节点需要的能耗代价。具体地：
23、g1＝k1*s/v，其中k1是时间代价权重系数，s是路程长，v为受风浪影响下两栖车辆的实际速度，具体计算参考r.l.townsin提出的公式：
24、
25、其中，α是船舶减速系数，μ为定向降速系数，bn为蒲式风力表的风级，δ是两栖车辆排水量，v0是两栖车辆在静水中的速度。具体地，定向降速系数取值如下：
26、g2＝k2*p*t，其中k2是能耗代价权重系数，t为时间，p为两栖无人车辆能耗模型中的发动机消耗功率。
27、结合2.1的航行海域先验信息，采用能耗优化的a*算法生成先验航行路径及路径点。
28、第三步：获取当前海域的风浪信息，设置有效优化时间，对路径进行实时局部优化。
29、上一步的先验航行路径采用的是历史风浪信息，只能作为一种参考，所以两栖车辆实际运动过程中实时对路径进行优化。由于风浪一直在变化，因此设置有效时间t，认为在有效时间t内风浪基本是不变的，因此优化的路径是具有意义的，能够减小两栖车辆的能耗。两栖车辆在有效时间t内能够到达的路径点p成为局部航行点。
30、3.1获取当前时刻每个栅格的风速和风向信息，风级根据蒲氏风级表和风速确定。将风级、风速、浪高和方向等栅格时变属性添加到栅格地图中。
31、3.2设置有效时间t及局部航行点f。采用第二步中的能耗优化的a*算法优化从两栖车辆当前位置到局部航行点f的路径，降低能耗消耗。
32、3.3当两栖无人车辆运动时间达到t或到达航行点时，重新执行3.1和3.2直至两栖无人车辆到达终点。
33、本专利技术考虑风浪对两栖无人车辆能耗及时间的影响，传统a*算法认为最短路径为最优路径，而在风浪影响下，最短路径并不意味着时间最快或能耗最低，本专利技术提出能耗优化a*算法综合考虑风浪对能耗和时间的影响。
34、相比于传统a*算法，本专利技术考虑风浪对两栖车辆路径规划的影响，将时间代价和能耗代价添加到a*算法中，生成的路径消耗的时间更短，能耗更低。
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1.一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，第一步具体为，根据电子海图将航行海域划分为一定数量的正方形单元格形成栅格地图，并根据栅格内是否存在障碍划分为可通行栅格和不可通行栅格。
3.根据权利要求1所述的一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，第二步具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，第三步具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑风浪影响的两栖无人车辆水上路径优化方法，其特征在于，第一步具体为，根据电子海图将航行海域划分为一定数量的正方形单元格形成栅格地图，并根据栅格内是否存在障碍...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，高晓天，田冬泽，蒋朝阳，
申请(专利权)人：江苏和正特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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