CN106289233A - 多形态障碍的无人机路径规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多形态障碍的无人机路径规划方法及系统，其通过路径与其相交的障碍矩形的特征绘制安全圆，并指定初始路径的调整方向；根据安全圆和路径的特征设置航姿点，并根据安全圆及其所对应障碍的特征指定新的航姿点。保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，从而得到一条符合曲率约束和安全约束的路径。通过设定“动态安全圆”、“动态航姿点”，从而能够规划出效率更高、弯曲能量更小的路径，也解决了静态安全圆造成的空间浪费和多边形障碍的NP题之间的矛盾问题。

Description

多形态障碍的无人机路径规划方法及系统

技术领域

本发明涉及通用航空管制领域技术，特别涉及一种多形态障碍的无人机路径规划方法及系统。

背景技术

执行侦察、空中摄影任务的无人机飞行，通常会有部分行程甚至整个行程都是“穿越障碍飞行”，考虑到无人机以及其执行任务的特征，对无人机避障算法有整体性和实时性的双重要求。

在穿越障碍飞行中，“穿山飞行”和“穿城飞行”也会有所区别。尤其是在都市的楼宇越建越高，无人机城市飞行的需求也变多的情况下，将“穿山飞行”的路径规划算法简单地套用在“穿城飞行”的任务中不合适的。

楼宇避障和山川避障有许多不同点，一是山川高低起伏延绵，高度渐变，能用很简单的方法防止侧撞，而楼宇的高低差垂直，属于高度突变，无人机受自已最大曲率等物理条件和硬件条件的限制，面对楼宇这样的障碍，往往虽然测到并采取了措施，但依然无法及时避障；二是对于穿城飞行，有飞机离楼宇很近的需求(比如拍照、送货、救援)等等，而对于穿山飞行没有这样的需求。

适用于无人机飞行的路径应该满足无人机曲率约束的，曲率连接的可飞行路径。因此，一些研究者将适用于无人机飞行的曲线直接用于无人机的路径规划中。比如，Shanmugavel团队和Nikolos团队分别将Dubins曲线、Clothoid曲线以及B样条曲线用于无人机的路径规划。然而，Dubins路径虽然满足无人机的曲率约束，但曲率不连接，不利于无人机飞行控制跟踪实现；Clothoid曲线虽然曲率连续，但要生成满足约束条件的无人机可飞行路径，该复合路径生成过程复杂且灵活性差。B样条曲线也具有曲率连续的特性，但由于该曲线上的曲率没有确定的有理表达式，使路径上每一点不易满足无人机的最大曲率约束。

针对上述曲线的局限性，有学者提出了用Pythagorean Hodograph曲线来规划路径。PH曲线具有曲率连续、曲线平滑以及曲线长度和曲率均有有理表达式的特点，生成的路径能满足无人机的最大曲率约束且曲率连续，便于无人机底层的飞行控制跟踪实现。

为了方便PH路径的生成，对障碍的建模通常是对它们设置一个安全圆，即假设障碍物被安全圆包围。但这样对于楼宇避障的路径规划任务会产生一个问题，楼宇的形状通常为矩形，对它们设置安全圆，容易导致安全区域被人为放大，造成空间不必要的浪费。而且，相邻楼宇的安全圆有可能重叠，对于这种情况，只能对重叠的安全圆联合起来再设置一个安全圆，造成空间的进一步浪费，有可能仅是对障碍建模后，整个路径规划就无法进行下去(见图1)。

然而，安全圆算法是目前计算最简便的方式，如果直接用多边形来表达障碍物，那么生成有曲率限制的路径就变成了NP难题，这样，安全空间的节省与计算的简便就成了一对矛盾的概念。

因此，对楼宇障碍物进行动态建模，寻找既能节省安全空间又能快速计算的路径规划方法，在无人机楼宇路径规划中就变得十分重要。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够规划出效率更高、弯曲能量更小的路径，也解决了静态安全圆造成的空间浪费和多边形障碍的NP题之间矛盾问题的多形态障碍的无人机路径规划方法及系统。

一种多形态障碍的无人机路径规划方法，所述多形态障碍的无人机路径规划方法包括如下步骤：

S1、绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍；

S2、对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

S3、在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点；

S4、保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径。

一种多形态障碍的无人机路径规划系统，所述多形态障碍的无人机路径规划系统包括以下功能模块：

重叠对比模块，用于绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍；

动态调整模块，用于对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

航姿点确定模块，用于在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点；

安全路径规划模块，用于保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径。

本发明提供了一种多形态障碍的无人机路径规划方法及系统，其通过路径与其相交的障碍矩形的特征绘制安全圆，并指定初始路径的调整方向；根据安全圆和路径的特征设置航姿点，并根据安全圆及其所对应障碍的特征指定新的航姿点。保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，从而得到一条符合曲率约束和安全约束的路径。通过设定“动态安全圆”、“动态航姿点”，从而能够规划出效率更高、弯曲能量更小的路径，也解决了静态安全圆造成的空间浪费和多边形障碍的NP题之间的矛盾问题。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的多形态障碍的无人机路径规划方法流程图；

图2是图1中步骤S1的子流程图；

图3是图1中步骤S2的子流程图；

图4是图1中步骤S3的子流程图；

图5是本发明实施例中多形态障碍的无人机路径规划方法的工作流程示意图；

图6为本发明实施例中城市楼宇障碍图模型；

图7为本发明实施例中初始PH路径与障碍相交图；

图8为本发明实施例中障碍相对坐标系；

图9为本发明实施例中第一种情况下动态安全圆建模及调整方向指定；

图10为本发明实施例中第二种情况安全圆建模及调整方向指定；

图11为本发明实施例中第三种情况的安全圆建模及调整方向指定；

图12为本发明实施例中动态航姿点的设置；

图13为本发明实施例中基于新设航姿点的路径段调整。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述多形态障碍的无人机路径规划方法包括如下步骤：

S1、绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍。

其中，如图2所示，步骤S1包括以下分步骤：

S11、绘制初始路径周围的障碍，每一个障碍用矩形表示，并保存初始障碍图；

S12、确定起始点和目标点的位姿，绘制一条初始PH路径；

S13、修正初始PH路径，使其满足无人机的曲率约束。

具体的，如图6所示，考虑到无人机飞行区域的楼宇分布，绘制障碍图模型，为了保证模型与真实情况尽量相同且建模方法简单，所有的楼宇都用一个矩形表示。

用P(x，y，θ)来表示无人机在特定位置的特定姿态，其中，(x，y)为无人机位置，θ为该位置曲线切线的方向角。因此无人机的起始点可表示为P_s(x_s，y_s，θ_s)，终点为P_f(x_f，y_f，θ_f)，在路径规划前，这两个点的位姿参数(x_s，y_s，θ_s)和(x_f，y_f，θ_f)为已知。用r(t)表示路径，则连接P_s和P_f的路径可写成如下形式：

其中，r(0)表示起点，r(1)表示终点。

考虑到无人机安全性约束∏_safe和曲率约束∏_k，则路径规划的等式或修正为如下形式：

对于任意多项式曲线r(t)＝{x(t)，y(t)}，若其满足条件

x′²(t)+y′²(t)＝σ²(t) (3)

则多项式曲线r(t)称为PH曲线，σ(t)是一个多项式。

基于数值稳定性的考虑，PH路径可以写成Bezier形式。Bezier形式下的n阶多项式可写为如下形式：

$r\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^n{b}_k\left(\begin{array}{c}n\\ k\end{array}\right)t^k{(1-t)}^{(n-k)},t\∈\[0,1\]---\left(4\right)$

其中，b_k＝(x_k，y_k)，k是控制点，

5次PH曲线已经具备了曲率连续的特征，因此可作为路径规划的曲线。当n＝5时，PH曲线为5次多项式曲线，上式可写为

$\begin{array}{c}r\left(t\right)={\Σ}_{k=0}^5{b}_k\left(\begin{array}{c}5\\ k\end{array}\right)t^k{(1-t)}^{(5-k)}\\ =b_0{(1-t)}^5+5b_{1}t{(1-t)}^4+10b_2{t}^2{(1-t)}^3\\ +10b_3{t}^3{(1-t)}^2+5b_4{t}^4(1-t)+b_5{t}^5\end{array}---\left(5\right)$

对上式求导，可得：

$\begin{array}{c}{r}^{\′}\left(t\right)=5(b_1-b_0){(1-t)}^4+20(b_2-b_1)t{(1-t)}^3\\ +30(b_4-b_3)t^3{(1-t)}^2+5(b_5-b_4)t^4\end{array}---\left(6\right)$

将t＝0和t＝1时的位置坐标代入到式(5)和(6)中，可得

$\left\{\begin{array}{c}{b}_0=r\left(0\right)=(x_s,y_s)\\ b_5=r\left(1\right)=(x_f,y_f)\\ b_1=b_0+\frac{1}{5}({\mathrm{cos\θ}}_s,{\mathrm{sin\θ}}_s)\\ b_4=b_5+\frac{1}{5}({\mathrm{cos\θ}}_f,{\mathrm{sin\θ}}_f)\end{array}\right.---\left(7\right)$

由上式可以看出，控制点(b₀，b₁，b₄，b₅)可由起始和终止的位姿点确定，最终，初始曲线的生成可简化为寻找(b₂，b₃)使得等式(5)满足等式(3)给出的PH曲线的条件，最终可以得到四个解。选择四条曲线中弹性弯曲能量最小的作为初始的PH曲线，弹性弯曲能量E的表达式如下

E＝∫κ²ds (8)

其中，K为每一点的曲率，S为整条初始曲线。

S2、对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

其中，如图3所示，步骤S2包括以下分步骤：

S21、以矩形的中心点为坐标原点，建立矩形障碍物的相对坐标系；

S22、根据路径与矩形的交点以及矩形的顶点构建相交多边形，在相交多边形中划分直角三角形；

S23、筛选出面积最大的直角三角形，绘制该三角形的外接圆，即动态安全圆，以安全圆被路径分为两个部分中包含梯形面积较多部分的方向作为路径的调整方向。

如图7所示，将无人机初始规划路径与障碍图重合，只对与路径有交集的障碍物进行动态安全圆的建模。对与路径无交集的障碍物则不用考虑，从而有效节省路径规划计算的时间。

对与路径交集的障碍物(矩形)，设其长为2L，宽为2W，以矩形的中心点为坐标原点，长轴方向为X轴，短轴方向为Y轴，建立矩形障碍物的相对坐标系，如图8所示。

对障碍物的安全圆建模分以下三种情况：

(1)如图9所示，当路径与矩形的交点在矩形的相邻边上：这种情况下，两个交点和矩形的一个顶点构成一个直角三角形(如图9的图形填充部分)。为这个直角三角形绘制外接圆，将此圆作为该矩形障碍物的安全圆(如图9中的圆)。从几何学的角度来看，路径将安全圆分成了两个部分，计算两个部分中所包含的三角形的面积大小，选择包含面积大的那个部分，作为路径的调整方向(如图9的箭头)。

(2)如图10所示，当路径与矩形的交点在矩形的对边上，且两个交点位于相邻的相限：这种情况下，两个交点和矩形的两个顶点构成一个直角梯形(如图10的图形填充部分)。连接直角梯形的两对角构成两个直角三角形，选择面积大的直角三角形绘制外接圆，就可以保证此外接圆将整个梯形完全包含在内，将此圆作为该矩形障碍物的安全圆(如图10中的圆)。与第一种情况相同，计算被路径分为的安全圆的两个部分中包含梯形面积多的那个部分作为路径的调整方向(如图10的箭头)。

(3)如图11所示，当路径与矩形的交点在矩形的对边上，且两个交点位于不相邻的相限：这种情况下，两个交点和矩形的顶点构成两个直角梯形(如图11中的两种图形填充部分)。采用第二种情况中的绘制方式，可以绘制出两个外接圆，将两个外接圆均作为安全圆(如图11中的圆)。每个安全圆的调整方向依据与第二种情况相同，那么两个安全圆的调整方向是相反的(如图11的两个箭头)，因此这种情况下的路径会产生两种修正路径。

S3、在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点。

其中，如图4所示，步骤S3包括以下分步骤：

S31、沿修正后的初始路径的延伸方向，计算相邻两个安全圆中初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的路劲长度，取该路径的中点为航姿点；

S32、绘制初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的直线线段，做该直线线段的垂直平分线，设置所述垂直平分线沿调整方向与安全圆相交的交点为新航姿点。

具体的，通过一系列航姿点的无人机路径规划问题还可以用下式描述：

其中，i＝1，…，n为航姿点的数目，当i＝1时，航姿点为起点，当i＝n时，航姿点为终点，无论路径的特征如何，起点和终点都是固定的航姿点。

在所有的安全圆确定好之后，根据路径相交的特征，在每个两相邻安全圆之间的路径段上设置一个航姿点。以第N个航姿点为例，由于它在第N-1和第N个安全圆之间，计算从第N-1个安全圆的出点到第N个安全圆的入点之间的路径的长度，取中点为第N个航姿点，如图12所示。

根据动态航姿点的设置方式可以得出航姿点的数量比安全圆多1个，相邻两个航姿点之间必然有一个安全圆，而路径被航姿点分成了n-1个路径段。在调整路径时，假设每个航姿点的位置(x,y)和曲线切线方向角θ均衡定不变，那么调整路径的曲率的问题就等价为调整n-1个路径段的曲率问题。

考虑到相邻两个航姿点m和m+1之间的路径段和其间的安全圆m，设置路径对安全圆的入点为PIN，出点为POUT，做线段PIN-POUT的垂直平分线，顺着调整方向，与安全圆交于M点，设置这个M点为新的航姿点。

S4、保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径，如图13所示。

如图6所示，本发明包括如下具体步骤：

步骤1.根据GPS提供的城市图，绘制初始路径周围的障碍，每一个障碍用矩形表示，并保存初始障碍图。

步骤2.确定起始点和目标点的位姿(即位置和方向角)，绘制一条初始的PH路径。

步骤3.修正初始路径，使其满足无人机的曲率约束。

步骤4.对比初始障碍图和修正的初始路径，判断它们之间有没有重合点。如果没有，则该路径即为满足曲率约束和安全约束的路径，进入步骤11；如果有，则进入步骤5。

步骤5.提取出与路径有重合的矩形障碍。

步骤6.对提取出的障碍，根据其与路径交汇点的特征，绘制安全圆，并指定路径的调整方向。

步骤7.在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成路径的动态航姿点集，将路径分割成若干段路径段。

步骤8.以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向，设置一个新航姿点。

步骤9.保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，从而避开动态安全圆。返回步骤3。

步骤10.释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条调整后路径。

步骤11.路径规划结束，输入符合曲率约束和安全约束的路径。

基于上述多形态障碍的无人机路径规划方法，本发明还提供一种多形态障碍的无人机路径规划系统，所述多形态障碍的无人机路径规划系统包括以下功能模块：

重叠对比模块，用于绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍；

动态调整模块，用于对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

航姿点确定模块，用于在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点；

安全路径规划模块，用于保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径。

其中，所述重叠对比模块包括以下功能子模块：

障碍图绘制子模块，用于绘制初始路径周围的障碍，每一个障碍用矩形表示，并保存初始障碍图；

初始路劲绘制模块，用于确定起始点和目标点的位姿，绘制一条初始PH路径；

路径修正模块，用于修正初始PH路径，使其满足无人机的曲率约束。

其中，所述动态调整模块包括以下功能子模块：

坐标系建立子模块，用于以矩形的中心点为坐标原点，建立矩形障碍物的相对坐标系；

绘制三角形子模块，用于根据路径与矩形的交点以及矩形的顶点构建相交多边形，在相交多边形中划分直角三角形；

构建安全圆子模块，用于筛选出面积最大的直角三角形，绘制该三角形的外接圆，即动态安全圆，以安全圆被路径分为两个部分中包含梯形面积较多部分的方向作为路径的调整方向。

其中，所述航姿点确定模块包括以下功能子模块：

航姿点确定子模块，用于沿修正后的初始路径的延伸方向，计算相邻两个安全圆中初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的路劲长度，取该路径的中点为航姿点；

新航姿点确定子模块，用于绘制初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的直线线段，做该直线线段的垂直平分线，设置所述垂直平分线沿调整方向与安全圆相交的交点为新航姿点。

本发明首次提出了“动态安全圆”、“动态航姿点”的概念，所述障碍物的安全圆模型是动态的，随着路径的调整而变化，且安全圆模型的大小、位置不仅取决于障碍物的特征，也取决于路径的特征。这种动态的安全圆通常比静态的安全圆的面积要小，可以有效地解决静态安全圆造成的空间浪费问题。

根据路径与其相交的障碍矩形的特征绘制安全圆，使路径避开安全圆和避开矩形障碍成为等价命题。根据安全圆和路径的特征设置航姿点，根据安全圆及其所对应障碍的特征指定新的航姿点。航姿点将路径划分为路径段，使调整每个路径段和调整整条路径成为等价命题。在每一次调整路径时，安全圆和航姿点均跟据路径和障碍物的特征动态变化，从而使路径调整变得更加灵活。

本发明提供了一种多形态障碍的无人机路径规划方法及系统，其通过路径与其相交的障碍矩形的特征绘制安全圆，并指定初始路径的调整方向；根据安全圆和路径的特征设置航姿点，并根据安全圆及其所对应障碍的特征指定新的航姿点。保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，从而得到一条符合曲率约束和安全约束的路径。通过设定“动态安全圆”、“动态航姿点”，从而能够规划出效率更高、弯曲能量更小的路径，也解决了静态安全圆造成的空间浪费和多边形障碍的NP题之间的矛盾问题。

本发明应用在低空无人机飞跃山地和城市楼宇的情况下，能够具有较高的避障效率，能充分提高无人机飞行的效能。因此，可应用于无人机路径规划的实际任务应用。

以上装置实施例与方法实施例是一一对应的，装置实施例简略之处，参见方法实施例即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述多形态障碍的无人机路径规划方法包括如下步骤：

S1、绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍；

S2、对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

S3、在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点；

S4、保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径。

2.根据权利要求1所述多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下分步骤：

S11、绘制初始路径周围的障碍，每一个障碍用矩形表示，并保存初始障碍图；

S12、确定起始点和目标点的位姿，绘制一条初始PH路径；

S13、修正初始PH路径，使其满足无人机的曲率约束。

3.根据权利要求1所述多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：

S21、以矩形的中心点为坐标原点，建立矩形障碍物的相对坐标系；

S22、根据路径与矩形的交点以及矩形的顶点构建相交多边形，在相交多边形中划分直角三角形；

S23、筛选出面积最大的直角三角形，绘制该三角形的外接圆，即动态安全圆，以安全圆被路径分为两个部分中包含梯形面积较多部分的方向作为路径的调整方向。

4.根据权利要求1所述多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2中安全圆的绘制方式包括以下两种情况：

当路径与矩形的交点在矩形的相邻边上时，根据路径与矩形的两个交点以及矩形的顶点一个顶点构建一个直角三角形，绘制直角三角形的外接圆；

当路径与矩形的交点在矩形的对边上，且路径与矩形的两个交点位于相邻的相限时，两个交点和矩形的两个顶点构成一个直角梯形，连接直角梯形的两对角构成两个直角三角形，选择面积大的直角三角形绘制外接圆。

5.根据权利要求1所述多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2中安全圆的绘制方式还包括如下一种情况：

当路径与矩形的交点在矩形的对边上，且路径与矩形的两个交点位于不相邻的相限时，两个交点和矩形的四个顶点构成两个直角梯形；根据第二种方法绘制出两个外接圆。

6.根据权利要求1所述多形态障碍的无人机路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、沿修正后的初始路径的延伸方向，计算相邻两个安全圆中初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的路劲长度，取该路径的中点为航姿点；

S32、绘制初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的直线线段，做该直线线段的垂直平分线，设置所述垂直平分线沿调整方向与安全圆相交的交点为新航姿点。

7.一种多形态障碍的无人机路径规划系统，其特征在于，所述多形态障碍的无人机路径规划系统包括以下功能模块：

重叠对比模块，用于绘制初始矩形障碍图及初始路径，将初始障碍图和初始路径进行重叠对比，提取出与初始路径有重合的矩形障碍；

动态调整模块，用于对与初始路径有重合的障碍，根据其与初始路径交汇点的特征，绘制动态安全圆，并指定初始路径的调整方向；

航姿点确定模块，用于在每两个相邻安全圆之间的路径上取一点作为航姿点，组成初始路径的动态航姿点集，将初始路径分割成若干段路径段，以相邻航姿点为起点和终点，根据中间安全圆特征及其调整方向在路径段上设置一个新航姿点；

安全路径规划模块，用于保持起点和终点的特征不变，依次调整每条路径段曲率，使路径段经过新航姿点，释放所有的安全圆和航姿点，将调整后的路径段恢复成一整条符合曲率约束和安全约束的路径。

8.根据权利要求7所述多形态障碍的无人机路径规划系统，其特征在于，所述重叠对比模块包括以下功能子模块：

障碍图绘制子模块，用于绘制初始路径周围的障碍，每一个障碍用矩形表示，并保存初始障碍图；

初始路劲绘制模块，用于确定起始点和目标点的位姿，绘制一条初始PH路径；

路径修正模块，用于修正初始PH路径，使其满足无人机的曲率约束。

9.根据权利要求7所述多形态障碍的无人机路径规划系统，其特征在于，所述动态调整模块包括以下功能子模块：

坐标系建立子模块，用于以矩形的中心点为坐标原点，建立矩形障碍物的相对坐标系；

绘制三角形子模块，用于根据路径与矩形的交点以及矩形的顶点构建相交多边形，在相交多边形中划分直角三角形；

构建安全圆子模块，用于筛选出面积最大的直角三角形，绘制该三角形的外接圆，即动态安全圆，以安全圆被路径分为两个部分中包含梯形面积较多部分的方向作为路径的调整方向。

10.根据权利要求7所述多形态障碍的无人机路径规划系统，其特征在于，所述航姿点确定模块包括以下功能子模块：

航姿点确定子模块，用于沿修正后的初始路径的延伸方向，计算相邻两个安全圆中初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的路劲长度，取该路径的中点为航姿点；

新航姿点确定子模块，用于绘制初始路径自前一个安全圆的出点至后一个安全圆的入点之间的直线线段，做该直线线段的垂直平分线，设置所述垂直平分线沿调整方向与安全圆相交的交点为新航姿点。