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专利摘要

一种多艘无人测量船艇覆盖路径规划方法，属于路径规划领域，包括：根据静态地图初始化栅格状态，同步建立子地图与总地图(S101)；根据子地图与总地图各个子区域的USMV i输出自身位置信息及障碍物信息，传递给BLl i，更新 BLl m；定义行为策略列表BS；路径规划优先判定BS，若符合任一情形则输出te或th状态，涉及跨域则基于BLl m规划输出tp m；若不符合则独立执行路径规划，输出tn或tc状态(S102)；陷入局部最优时，则向上逐层更新地图层级，并在对应层级中寻找tp，进行BS判定，输出tr指令(S103)，若最高层级仍未找到目标点，检查各个CSPiϵ{FNi，UFNi}，判定结束(S104)。由此，能够提升多艘无人测量船艇复杂作业环境下覆盖率和覆盖效果，提高无人测量船艇的作业效率。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
PCT/CN2021/117159
申请日期:
2021-09-08
专利申请人:
武汉理工大学
分类号:
G01C21/34 ; G05D1/02
发明/设计人:
马勇，李昊，毕华雄，严新平，郑元洲
权利要求: 1.一种多艘无人测量船艇覆盖路径规划方法，其特征在于，包括：(1)在初始化阶段导入静态地图，根据静态地图初始化栅格状态，同步建立子地图与总地图，并基于任务性能分别对子地图和总地图进行区域划分，其中，静态地图用于反映环境信息，子地图表示栅格化的静态地图进行区域划分后形成的区域地图，总地图表示子地图的整合与迭代；(2)根据子地图与总地图中各个子区域Pi的USMVi输出自身位置信息ω及障碍物信息η，传递给并更新然后进行路径规划，寻找目标点tp；(3)陷入局部最优时，则向上逐层更新地图层级，并在对应层级中寻找目标点tp，进行BS判定，并向子区域Pi的USMVi发送tr指令，其中，BS判定表示协同行为策略判定，tp表示USMV下一目标点所处位置的栅格索引值，tr指令表示USMV处于Travel状态，达到局部最优后的非正常任务状态；(4)若最高层级仍未找到目标点，检查各个判定结束，其中，表示USMVi在所处的当前子区域Pi中的区域测深任务状态，其中，FNi代表已完成，UFNi代表未完成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：起始时各艘无人测量船艇均处于默认起始位置，状态为O，建立静态地图的坐标转换栅格索引，分别在各子地图开展栅格状态更新，并依次更新全部地图的0～L级的赋值，USMVi输出tn指令，与此同时，USMVi记录及传递自身位置ω及障碍物信息η，各个USMVi开始独立更新各自的栅格状态列表GT_list，开始协同覆盖任务，其中，tn表示指导USMV处在正常状态，使其在子区域内执行正常覆盖任务。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义行为策略列表：BS∈{ex1,ex2,ex3,ex4}，ex1,ex2,ex3,ex4分别对应协同行为策略中区域分割、回溯转移、区域交换和障碍物联合识别4种情形。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，路径规划优先判定BS，若符合任一情形则输出te或th状态，涉及跨域则基于规划输出tpm，若不符合BS任一情形则独立执行路径规划，输出tn或tc状态，其中，tpm表示USMV下一目标点所处位置在总地图中的栅格索引值，te表示指导USMV开始切换区域，协调区域间的覆盖任务，th表示指导USMV在新的区域继续覆盖任务。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于任务性能分别对子地图和总地图进行区域划分，包括：建立多USMV集合，U＝{USMVi;1≤i≤I}，I表示USMV数量，协同覆盖的核心目标是使i艘USMV在充分发挥效率的前提下实现对整体任务区域P全部遍历；根据USMVi个体的性能或执行覆盖任务的能力，提出任务性能指数Hi,i＝1,...I，其大小取决于USMV携带的传感器性能、任务职能及能耗限制等，且根据USMV数目将整体任务区域P划分为I个部分，其中，每个部分对应一个USMV所处区域，各部分以其所占面积百分比表示，其中，各部分表示为：Pi,i＝1,...I，0＜Pi＜1且规定整体任务区域P的自由空间PF中的每个栅格α，至少被任一USMVi执行过扫描任务：其中，由0＜Pi＜1且确定自由空间，Y(α,i)表示栅格限制，表示BL级地图中t时刻下的栅格α赋值；对于多无人船艇协同覆盖，主要考虑整体覆盖路径、整体覆盖时间、单体覆盖性能及整体覆盖率，首先根据USMVi的性能指数Hi估算初始任务区域的dcost和tcost，其中，dcost表示覆盖路径，tcost表示覆盖时间，dcost将根据障碍物的分布情况进行进一步修正，tcost则在考虑USMV携带装备的情况下调整，最终输出重新分配后的子区域，其中，表示多艇覆盖总体代价模型，k1表示覆盖路径代价系数，k2表示覆盖时间代价系数，Pi(dcost)表示Pi区域预估覆盖路径，Pi(tcost)表示Pi区域预估覆盖时间。6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：在级地图阶段对各个子地图逐行赋予势能优先级，保证各子地图中USMVi的完整覆盖路径；若BVω＞0且则通过潜在代价值J(tp)计算选择相对最优路径，同样的，若ωN及ωS中的一侧临近障碍物，则优先选取临近障碍物的ωN或ωS方位，通过潜在代价值J(tp)计算选择相对最优路径完成各个区间Pi的绕障路径，同时开启ex4过程，ω表示USMV当前所处位置的栅格序列数，BVω是指BL最高层地图中栅格序列数ω的赋值；将USMV在栅格地图中的探测领域记为D0(ω)，ω∈D0(ω)，D0(ω)中包含了USMV当前位置能感知到的所有栅格信息，对于D0(ω)中的任一栅格α0，若与ω的连线不经过fz或obs状态栅格，且自身势能值为正值，则将其集合定义为优先领域定义D0(ω)中位于北、南两个方向的栅格为ωN及ωS；若BVω＞0，ωN及ωS中有且只有一侧为ue状态，另一侧为禁区，则开启tc指令，以指导USMVi开始测深任务，同时更新和若则USMVi开始转向下一阶段的遍历，将F0中值最大的α0作为tp点，α0表示栅格索引；若以上情形均判定不符，则认定USMVi此时处于局部最优的状态，在升级地图层级前，进行BS判定，若符合协同策略，则开始运行预设动作，输出te指令并更新子地图，重新分配子区域Pi；若不符合BS中的任意一种情形，则开启高BL级地图阶段开始寻径，输出tr指令。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：在级地图阶段，逐级提高地图等级，在高级地图中继续寻找势能值最大的地图栅格，同时计算其潜在代价值J(tp)并选取最优tp点，在USMVi逃逸局部最优的过程中，仍然实时参与BS判定，继续评估独立覆盖与协同分区的优先级。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：根据所有子区域Pi的USMVi均传回FNi时，则判定整个任务区域P覆盖任务结束，通过探测的全部环境信息，复查遗漏区域，生成覆盖率信息。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。