CN108241368B - 一种无人船路线导航方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供一种无人船路线导航方法及设备，包括：选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；所述无人船按所述航迹点顺序航行。通过该导航方法，能够在所航行区域内的任意数量的目标点一定半径范围内进行航行，能够到达所要航行的目标点位置附件进行测绘或监测，通过在合适的时间、合适的位置进行转向，保证了无人船航行的稳定性，避免了航向的来回摆动。
Description
技术领域
本公开实施例涉及无人船领域，尤其涉及一种无人船路线导航方法。
背景技术
无人船在航行过程中，根据测绘需要，需要航行到某一区域内的数个目标点位置，而由于无人船在根据预设程序进行航行时，往往需要在某一点处进行掉头或改变航行方向，而何时进行航向的变更，会使得整个航迹路线是否准确，是否能够以最小的代价航行到所有目标点位置，而不至于来回摆动，影响航行的准确性，因此，在设定无人船的航行目标后，有必要准确设定改变航向的位置，这对于无人船的航行至关重要。而现有的无人船导航方法中，仍然没有找到合适的解决方案，本领域技术人员迫切需要解决这一领域的导航问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种无人船路线导航方法，用于确定无人船的转向位置，保证准确的到达航行区域内的各目标点。
具体的，本公开实施例提供、一种无人船路线导航方法，包括如下步骤：选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；通过所述最小外接矩形确定导航路线。
进一步的，所述“通过所述最小外接矩形确定导航路线”包括：根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；所述无人船按所述航迹点顺序航行。
进一步的，所述扫描间隔设定为声呐最大扫描宽度的值。
进一步的，所述扫描方向设定为平行于所述最小外接矩形的一边或两个相邻目标点的边。
进一步的，所述“以所述目标点为顶点确定最小外接矩形”，包括：顺序连接所述目标点，形成一多边形，围绕所述多边形确定最小外接矩形。
进一步的，所述航迹区域通过控制终端结合GPS地图来设定。
进一步的，所述多边形形成多个凹点时，需要对航迹区域进行分割划分。
进一步的，连接相邻凹点形成第一区域；判断剩下区域的凹点数，若所述凹点数为三个以上，继续连接相邻凹点形成第二区域；直到将该剩下区域转化为一个或两个凹点的分割区域；对分割后的每一区域，调整扫描路径的方向获得合适的扫描线，使得所述扫描线只连接所述多边形的两条边。
进一步的，通过区域顶点间构成的直线斜率差判断是否为凹点。
另外，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如下程序：选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；所述无人船按所述航迹点顺序航行。
本公开实施例至少具有以下有益效果：通过该导航方法，能够在所航行区域内的任意数量的目标点一定半径范围内进行航行，能够到达所要航行的目标点位置附件进行测绘或监测，通过在合适的时间、合适的位置进行转向，保证了无人船航行的稳定性，避免了航向的来回摆动。而且，整个航行轨迹是最优的，能够结合不同无人船的扫描能力确定该无人船的航行路线，具有自动识别确定的功能，同一导航方法适用于不同的无人船，节约了开发资源。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的无人船导航方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的无人船导航方法原理示意图；
图3为本公开实施例提供的无人船导航方法转弯原理示意图；
图4为本公开实施例提供的无人船导航方法目标点选取原理示意图；
图5为本公开实施例提供的无人船导航方法最小外接矩形原理示意图；
图6为本公开实施例提供的无人船导航方法扫描线确定示意图；
图7为本公开实施例提供的无人船导航方法最小矩形一个凹点扫描线示意图；
图8为本公开实施例提供的无人船导航方法最小矩形两个凹点扫描线示意图；
图9为本公开实施例提供的无人船导航方法最小矩形两个凹点扫描线错误示意图；
图10为本公开实施例提供的无人船导航方法三个凹点示意图；
图11为本公开实施例提供的无人船导航方法四个凹点示意图；
图12为本公开实施例提供的执行无人船导航方法的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
通过图2说明基本的对点航行原理，航迹追踪的实现是将航迹划分为若干个航迹点，船的任务即分解为从当前位置到达目标航点，如图2所示，其中船体当前航向为α，通过磁力计检测计算得出，而船当前位置与目标航点连线方向为β。要调整船体当前的航向与目标航向一致，才能控制船运动到目标航点设定半径范围内。
通过图3来说明转向策略，为实现船体追踪大方向变化航迹时平滑转向行驶，制定如下转向策略：如图3所示，假设A为船体当前位置，B和C为连续两个目标航点，当检测到直线AB和直线BC斜率相差达到设定值时，判断为大方向弯道，开启转向策略，当船体行驶到距B点一定距离的P1位置时，根据C的位置以一定转向半径进行转向，以平滑度过弯道。
下面通过具体实施例来描述，无人船在航行过程中如何实现自动导航的。本公开实施例提供的无人船路线导航方法，如图1所示，包括如下步骤：
S100：选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；
S200：以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；
S300：通过所述最小外接矩形确定导航路线。
其中，步骤S100中，所述航迹区域为无人船本次测绘或监测任务的航行区域，该区域范围不限，根据实际情况可以为江河湖海，也可以为任意选定的水池，只需要将该区域在程序上做一定义，并注明其坐标位置关系即可进行。所述航迹区域通过控制终端结合GPS地图来设定。
根据测绘或监测需要，其中无人船需要到达的航行目标点需要提前设定，该目标点至少为三个，因为，如果目标点为两个，则只需要从起始点直接航行至目标点即可，不需要做大方向的转向，也就没有必要实施该导航方法。当目标点位三个以上，无人船在从A点航行至B点后还需要航行至C点，这时，就存在需要提前转向的问题。如果不提前转向，就会导致无人船会航行到B点外围，再绕圈航向C点，整个过程复杂且船身不稳定。
如图4、图5、图6所示，进一步的，所述步骤200中，需要根据几何数学判断法则，根据目标点的位置关系，确定一个最小面积的外接矩形，此时的实施方式中，若目标为三个点，可以以其中两个点位于矩形的一边的方法，确定出最小矩形。
优选的方法中，步骤S300中，所述“通过所述最小外接矩形确定导航路线”包括：根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；然后以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；所述无人船按所述航迹点顺序航行。扫描间隔设定为声呐最大扫描宽度的值，所述扫描方向设定为平行于所述最小外接矩形的一边或两个相邻目标点的边。
在另外的实施方式中，所述目标点数量大于3个，优选为4-10个，当然对航迹目标点的数量不做任何的限制，以常规实验需求为准，此导航方法适用于任何数量的目标点数量，但是为了表述方便，选择数量4-10个为最佳实施数量，此时，顺序连接所述目标点，形成一多边形，围绕所述多边形确定最小外接矩形。
在确定最小外接矩形的过程中，首先通过区域顶点间构成的直线斜率差判断该点是否为凹点，也可以通过判断以该点为顶点的多边形的内角是否小于180度来判断，该点是否为凹点，当以该点为顶点的多边形的内角大于180度，则记为凹点。
下面结合图7-8进行说明，通过判断，所述多边形形成凹点的数量，当所述凹点的数量为一个(如图7所示)或两个凹点(如图8所示)。则根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向，间隔以该无人船的最大扫描范围确定，该方向的选择，使得同一扫描线只连接多边形的两条边而不横跨第三条边(如图9所示)；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；然后以一定距离沿扫描线取航迹点，该航迹点的间距，以所述无人船的最小可转弯半径确定，从而获得若干航迹点；所述无人船沿所述多边形的边和所述航迹点顺序航行，当到达所述目标点前一个航迹点时，开始转弯，转弯后正好进入下一条边的位置，航向也正好沿下一条边方向，在转弯过程中，无人船正好处于所述顶点的一定半径范围内，可以对该点进行测绘、监测的等考察活动。
如图10、图11所示，在另外的实施例中，通过判断，所述多边形形成凹点的数量，当所述多边形形成三个以上的凹点。则，连接任意相邻凹点形成第一区域；再接着判断剩下区域的凹点数，若所述凹点数为三个以上，继续连接相邻凹点形成第二区域；以此类推，直到将该剩下区域转化为一个或两个凹点的分割区域；然后对分割后的每一区域，根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向，间隔以该无人船的最大扫描范围确定，该方向的选择，使得同一扫描线只连接多边形的两条边而不横跨第三条边(此处的边指形成该区域的边)；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；然后以一定距离沿扫描线取航迹点，该航迹点的间距，以所述无人船的最小可转弯半径确定，从而获得若干航迹点；所述无人船沿所述多边形的边和所述航迹点顺序航行，当到达所述目标点前一个航迹点时，开始转弯，转弯后正好进入下一条边的位置，航向也正好沿下一条边方向，在转弯过程中，无人船正好处于所述顶点的一定半径范围内，可以对该点进行测绘、监测的等考察活动。
本公开实施例至少具有以下有益效果：通过该方法，能够在所航行区域内的任意数量的目标点一定半径范围内进行航行，能够准确的到达所要航行的目标点位置，通过在合适的时间、合适的位置进行转向，保证了无人船航行的稳定性，避免了航向的来回摆动。而且，整个航行轨迹是最优的，能够结合不同无人船的扫描能力确定该无人船的航行路线，具有自动识别确定的功能，同一航行方法适用于不同的无人船，节约了开发资源。
图12是另外的实施例提供的执行无人船导航方法的电子设备的硬件结构示意图，如图12所示，该设备包括：
一个或多个处理器1210以及存储器1220，图7中以一个处理器1210为例。
无人船导航方法的设备还可以包括：输入装置1230和输出装置1240。
处理器1210、存储器1220、输入装置1230和输出装置1240可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储器1220作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器1210通过运行存储在存储器1220中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例推构建方法。
存储器1220可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据构建方法中使用所创建的数据等。此外，存储器1220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
输入装置1230可接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置1240可包括显示屏等显示设备。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器1220中，当被所述一个或者多个处理器1210执行时，执行上述任意方法实施例中的构建方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种无人船路线导航方法，其特征在于，包括：
选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；
以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；
通过所述最小外接矩形确定导航路线；
所述通过所述最小外接矩形确定导航路线包括：
根据所述无人船的最大扫描范围，设定扫描间隔和方向；
根据所述扫描间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；
以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；
所述无人船按所述航迹点顺序航行。
2.根据权利要求1所述的无人船路线导航方法，其特征在于，所述扫描间隔设定为声呐最大扫描宽度的值。
3.根据权利要求1所述的无人船路线导航方法，其特征在于，所述扫描方向设定为平行于所述最小外接矩形的一边或两个相邻目标点的边。
4.根据权利要求1所述的无人船路线导航方法，其特征在于，所述以所述目标点为顶点确定最小外接矩形，包括：顺序连接所述目标点，形成一多边形，围绕所述多边形确定最小外接矩形。
5.根据权利要求1所述的无人船路线导航方法，其特征在于，所述航迹区域通过控制终端结合GPS地图来设定。
6.根据权利要求4所述的无人船路线导航方法，其特征在于，所述多边形形成多个凹点时，需要对航迹区域进行分割划分。
7.根据权利要求6所述的无人船路线导航方法，其特征在于，
连接相邻凹点形成第一区域；
判断剩下区域的凹点数，若所述凹点数为三个以上，继续连接相邻凹点形成第二区域；
直到将该剩下区域转化为一个或两个凹点的分割区域；
对分割后的每一区域，调整扫描路径的方向获得合适的扫描线，使得所述扫描线只连接所述多边形的两条边。
8.根据权利要求6所述的无人船路线导航方法，其特征在于，通过区域顶点间构成的直线斜率差判断是否为凹点。
9.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如下程序：选定一航迹区域，并在所述区域内选定至少三个目标点；以所述目标点为顶点确定最小外接矩形；根据无人船的最大扫描范围，设定扫描线间隔和方向；根据所述扫描线间隔和方向在所述矩形边上等间隔取点生成扫描线；以一定距离沿扫描线取航迹点，从而获得若干航迹点；所述无人船按所述航迹点顺序航行。
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