一种随机路线图的快速路径规划方法及增强方法技术

本发明专利技术涉及运动规划领域，提供一种随机路线图的快速路径规划方法及增强方法，本发明专利技术的规划方法包括以下步骤：在规划空间区域内随机生成自由节点；采用增强方法对困难区域进行处理；按照预定策略生成路图；根据运动规划要求查询最优路径。本发明专利技术继承了一般ＰＲＭ方法的优点，实现发明专利技术方法的复杂度与整个规划环境的复杂度及规划控件的维数基本无关，还解决了一般ＰＲＭ方法完全等概率均匀分布自由节点导致困难区域自由节点数目分布不够的问题，采用增强方法对困难区域进行相关处理，增加了困难区域内自由节点的数目，具有较好的完备性，减少了遗漏某些通过困难区域的可行路径的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及运动规划领域，特别涉及一种随机路线图的快速路径规划方法及增强 方法。
技术介绍
在运动规划领域中路径规划是一重要分支，一般的路径规划方法处理复杂环境的 能力明显不足，极易受环境空间维数、实际环境的复杂度及需要处理的信息量等的影响。如 需要处理复杂环境下的运动规划，例如无人飞机导航中最优路线的实现，常需要超级计算 机的支持，对计算机运算速度有较高要求。近年来，一些优秀运动规划方法相继被提出。时至今日，各种方法的完备性都有待 讨论，但其可操作性和实用性是毋庸置疑的，即都能够在一定条件下实现运动规划。然而这 些方法大都有如下特点第一，最优式运动规划算法的计算时间随问题规模的变大而爆炸 式增长，即产生所谓的维数灾难；第二，一般的规划问题都是NP-hard (non-deterministic polynomial-hard，非确定性多项式困难问题)，这意味着不存在已知的多项式时间算法来 求取最优解。基于上述原因，一般规划问题往往先采用启发式算法构建模型，再在此基础上 采用最优式算法来获取问题的次优解。因此启发式的路图方法是当今路径规划运用较多的 方法。Visibility graph方法，Voronoi diagram方法以及随机路线图方法(Probabilistic Roadmap Method，简称PRM)是几种常用的路图方法，这些方法的相同点都是在一定的规划 空间生成路径组成的网络图。但Visibility graph方法和Voronoi diagram方法局限于 低维空间的路径规划，相对而言，PRM方法是一种使用较为普遍的路图方法，它跟以前路图 方法的不同之处在于，路图在规划空间中不是以确定的方式来构造，而是基于概率论，使用 某种随机概率的方法来构造的。随机路图方法的一个巨大优点在于，其复杂度主要依赖于 寻找路径的难度，跟整个规划环境的复杂度和规划空间的维数基本无关，实际操作性较强， 适合工程上应用。一般PRM方法操作流程首先在规划空间(比如地图)中随机生成足够数目自由节 点；其次采取某种策略将所生成的随机自由节点连接成边进而形成一个图，该图即是生成 的路图，这个阶段称为“学习阶段”;最后，在所生成的路图上进行运动规划，比如路径规划 或最优路径的查询，该阶段称为“查询阶段”。如图2所示为各区域分布示意图，在一个规划空间中，包括几个部分困难区域、 正常区域(C区域)以及障碍物区域，其中困难区域又可分为空旷区域(将该区域记为A区 域)以及障碍物之间的夹缝即狭窄通道区域(将该区域记为B区域)。由于一般PRM方法是 完全等概率地均勻生成自由节点，容易使得A区域中生成的随机自由节点数目不够，造成 路图的不完备性；以及使得B区域自由节点分布不理想，造成某些可行路径的遗漏。总之， 采用一般PRM方法，规划空间中的困难区域内自由节点数目分布不够，不能很好地搜寻到 通过该困难区域的可行路径，易遗漏某些可行路径导致寻径失败等问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供， 能够增加困难区域内自由节点的个数，减少遗漏可行路径的概率。本专利技术一种随机路线图的快速路径规划方法，包括如下步骤 步骤Si，在规划空间区域内随机生成自由节点；步骤S2，采用增强方法对困难区域进行处理；步骤S3，按照预定策略生成路步骤S4，在上述路图中根据运动规划要求查询最优路径。另外本专利技术还提供一种随机路线图的增强方法，步骤S2中采用增强方法对困难 区域中的狭窄通道区域进行处理的过程包括如下步骤步骤S201，对于该狭窄通道区域的任意选取的一点，在该点的邻域内随机增加一个自 由节点；步骤S202，按照以下步骤循环判断增加的自由节点是否仍属于该狭窄通道区域，若是，则在该增加的自由节点的邻 域内再随机增加一个新自由节点；步骤S203，当所述狭窄区域某一点的邻域内自由节点的个数达到一个预先设定的阈值 时，停止增加自由节点。从以上的方案可以看出，本专利技术由于采用增强方法对困难区域进行了处理，较好 地解决了困难区域内自由节点数目分布不够的问题，提高了路图的连通性，减少了遗漏某 些可行路径的概率。附图说明图1为本专利技术方法流程图； 图2为各区域分布示意图3为一般PRM方法生成的路图； 图4为本专利技术生成的路图； 图5为一般PRM方法生成的最优路径； 图6为本专利技术生成的最优路径。具体实施例方式本专利技术提供，能够解决一般PRM 方法完全等概率地均勻生成自由节点，导致困难区域内分布的自由节点数目不够，从而遗 漏某些可行路径的问题。下面结合附图详细描述本专利技术的技术方案。作为一个实施例，假设在某一个规划 空间中，包括了 A区域(空旷区域)、B区域(狭窄通道区域)、C区域(正常区域)以及障碍物 区域，现在需要在规划空间中的某两点之间生成一条可行路径，则可以采用如下的做法步骤Si，在规划空间区域内随机生成自由节点； 步骤S2，采用增强方法对困难区域进行处理； 步骤S3，按照预定策略生成路图；步骤S4，在上述路图中根据运动规划要求查询最优路径。其中，步骤Sl采用与一般PRM方法相同的做法随机等概率地均勻生成自由节点， 但是采用这种做法生成自由节点，在遇到某些规划空间的困难区域时容易造成自由节点分 布数目不够或不理想的问题，所以需对这些困难区域进行处理。本专利技术采用启发式增强方 法，从软件角度对该困难区域进行相关处理，具体过程如下对困难区域中的狭窄通道区域(B区域)，B区域的困难主要是由于地形造成的，从而导 致B区域随机自由节点分布数目不够。这时可以在步骤S2中采用增强方法对该区域进行 处理，处理的过程包括如下步骤步骤S201，对于B区域的任意选取的一点q，在该点q的邻域内随机添加一个自由节占.^ \\\ 步骤S202，按照以下步骤循环判断增加的自由节点是否仍属于B区域，若是，则在该增加的自由节点的邻域内再随 机增加一个新自由节点；例如，记第一次增加的自由节点为pl，若Pl仍属于B区域，则在pi的邻域内再随机增 加新自由节点P2……步骤S203，当B区域某一点的邻域内自由节点的个数达到一个预先设定的阈值，则停 止增加自由节点。在步骤S201中，当q的邻域内增加的自由节点(记为pl)不属于B区域时，假设点 Pl属于正常区域(C区域)，而且Pl也一定不在障碍物上，则可将Pl与点q连接成一可行边。 然后回到步骤S201，即继续在q的邻域中增加新的自由节点p2，并且继续对p2进行判断是 否仍属于B区域；若p2仍属于B区域，则进入步骤S202，在p2的邻域内增加一个新的自由 节点P3，继续判断操作；若p3仍属于B区域，则在p3的邻域内随机增加一个新的自由节点 P4……若pn仍属于B区域，则在pn的邻域内随机增加一个新的自由节点ρ (η+1)……采用 了上述的增强方法对B区域进行处理后，该困难区域分布的自由节点数目得到一定程度的 增加。作为本专利技术的进一步改进，在上述的步骤S202循环增加自由节点的过程中(假设 已经循环了一定的次数)，若其中增加的某一点(设为ρη，η表示当前为第η次增加的自由节 点)不属于B区域，则将该增加的点pn与之前增加的那一点ρ (n-1)连接成一可行边，并返 回到之前增加的点P (n-1)的邻域中继续添加新的自由节点。这样做的好处是可以生成若 干连接困难区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机路线图的快速路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤Ｓ１，在规划空间区域内随机生成自由节点；步骤Ｓ２，采用增强方法对困难区域进行处理；步骤Ｓ３，按照预定策略生成路图；步骤Ｓ４，在所述路图中根据运动规划要求查询最优路径。

【技术特征摘要】
一种随机路线图的快速路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S1，在规划空间区域内随机生成自由节点；步骤S2，采用增强方法对困难区域进行处理；步骤S3，按照预定策略生成路图；步骤S4，在所述路图中根据运动规划要求查询最优路径。2.根据权利要求1所述的一种随机路线图的快速路径规划方法，其特征在于，所述困 难区域包括狭窄通道区域，所述采用增强方法对该狭窄通道区域进行处理的过程包括如下 步骤步骤S201，对于该狭窄通道区域的任意选取的一点，在该点的邻域内随机增加一个自 由节点；步骤S202，按照以下步骤循环判断增加的自由节点是否仍属于该狭窄通道区域，若是，则在该增加的自由节点的邻 域内再随机增加一个新自由节点；步骤S203，当所述狭窄通道区域某一点的邻域内自由节点的个数达到一个预先设定的 阈值时，停止增加自由节点。3.根据权利要求1所述的一种随机路线图的快速路径规划方法，其特征在于，所述困 难区域还包括空旷区域，所述采用增强方法对该空旷区域进行处理的过程如下对于该空旷区域的任意选取的一点，在该点的邻域内随机增加自由节点，直到该空旷 区域某一点的邻域内自由节点的个数达到所述预先设定的阈值。4.根据权利要求2或3所述的一种随机路线图的快速路径规划方法，其特征在于，计算 所述某一点的邻域内自由节点的个数的具体过程如下定义函数n(q)用于记录点q的邻域内自由节点的个数，当点q的邻域内每增加一个自 由节点时对所述函数n(q)的值进行一次更新。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾相宗，
申请(专利权)人：广东威创视讯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]