CN109934910A - 一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，实现了巡视器依据三维环境模型自主选取探测点，包括：获得月面三维环境模型；依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域；依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。根据本发明实施例提供的技术方案，可有效提高探测点选取的科学性和优越性。

Description

一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略

【技术领域】

本发明涉及一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，属于探测领域。

【背景技术】

月球拥有丰富的矿产资源、能源资源，对月球表面进行探测开发具有重大价值。月面巡视器是一种能适用月球环境，携带科学仪器在月面移动，完成探测、采样、运载等任务的航天器，因此使用月面巡视器在月球表面执行机械臂探测任务具有重要的意义。在使用月面巡视器进行月壤探测任务时，首先需要确定探测点位置，然后月面巡视器以探测点为目标进行路径规划，运行至探测点后执行后续探测任务。当以探测点为目标的路径规划失败时，此次探测任务则失败，需重新选取探测点，重新执行探测任务。由此可观之，探测点的选取是决定后续探测任务能否顺利进行的关键和保障。由于月面环境复杂，月面巡视器在选取探测点时不仅要考虑探测点所处位置对月面巡视器所携带的探测设备的影响，也要考虑探测点所处区域对月面巡视器运行的影响，所以对探测点的选取需综合考虑探测点所处位置对月面巡视器所携带的探测设备的影响和探测点所处区域对月面巡视器运行的影响。

现有关于月面探测点的选取，通常情况下，一般是由操作人员依据月面巡视器携带的相机拍摄到图像，根据经验，人为选取探测点，导致因探测点选取不当而致使探测任务失败的情况时有发生。原因在于人为主观选取的探测点可能并非最适宜月面巡视器操作的点，主观因素影响较大，缺乏科学的理论支撑，同时没有充分利用相机所采集的环境信息及图像生成的月面三维点云信息。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，以实现月面巡视器对探测点的自主选取。

本发明实施例提供了一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，包括：

获得月面三维环境模型；

依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域；

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。

上述方法中，所述依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域，包括：

依据月面巡视器结构特点，并利用如下月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，获得月面巡视器行进的运行代价函数：

其中对月面三维环境模型进行栅格化，栅格化后的月面三维环境中的任意一个栅格取名为栅格e，f_gri为月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，f_cli为月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价，f_obs为月面巡视器通过栅格e时的越障代价，θ_max为预设的月面巡视器最大可通过坡度角，θ为月面巡视器所要通过的栅格e坡度的坡度角，θ_min为预设的月面巡视器最小可通过坡度角，l_obs为分析区域内障碍物高度，l_max为根据月面巡视器车体结构参数预设的最大可翻越障碍高度；

依据月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，遍历栅格化后的月面三维环境模型，求得月面巡视器通过各栅格的运行代价值，求取月面巡视器无法通行的栅格，获得月面巡视器的安全运行区域。

上述方法中，利用如下月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价函数f_cli，获得月面巡视器在不同区域运动时的爬坡代价：

其中f_cli为月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价，θ_max为预设的月面巡视器最大可通过坡度角，θ为月面巡视器所要通过的栅格e坡度的坡度角，θ_min为预设的月面巡视器最小可通过坡度角，M为月面巡视器的质量，g_lun为月面的重力加速度，l为月面三维环境栅格化后正方形栅格的边长，l_z为月面巡视器通过栅格e 时所发生的高度变化，仅当θ_min≤θ≤θ_max时月面巡视器才能安全爬过栅格e内的坡。

上述方法中，利用如下月面巡视器通过栅格e时的越障代价函数，确定月面巡视器在不同区域运动时的越障代价：

其中f_obs为月面巡视器通过栅格e时的越障代价，M为月面巡视器的质量， g_lun为月面的重力加速度，l_obs为分析区域内障碍物高度，l_max为根据月面巡视器车体结构参数预设的最大可翻越障碍高度，仅当l_obs≤l_max时，月面巡视器才能安全越过该栅格内的障碍物。

上述方法中，所述依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置，包括：

依据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求，利用如下公式，确定月面巡视器安全运行区域内任意位置点P_arb(x,y,z)的平整度σ：

其中P_arb(x,y,z)为月面巡视器安全运行区域内任意位置点坐标，N_arb为点 P_arb附近的高程点个数，即以点P_arb为圆心，r为半径的圆形区域内高程点的总个数，r为根据月面巡视器所携带的X质谱仪的镜面半径预设的常数，拟合点P_arb附近的高程点所得到的探测区域平面为平面S_det，l″_{ele_k}为点P_arb附近的高程点到平面S_det的距离，为所有距离值l″_{ele_k},k＝1,2,...,N_arb的平均值，k为点P_arb附近的当前计算的高程点序号；

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置，包括：

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，基于粒子群算法获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例的技术方案中，依据月面三维环境模型，依据月面巡视器在不同区域运动时的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域，进而依据月面巡视器的安全运行区域，依据通过探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构造的探测点平整度评价指标，基于粒子群算法在安全运行区域内选取平整度最高的点，从而实现月面最优探测点的选取，因此可以实现月面巡视器基于三维环境模型的探测点自主选取，与三维环境模型相结合，避免人为选取探测点的主观性影响，提高探测任务执行的成功率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性和劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例所提供的基于三维环境模型的探测点自主选取策略的流程示意图；

图2是本发明实施例中月面巡视器车体模型结构示意图；

图3是本发明实施例中月面巡视器实际所处区域示意图；

图4是本发明实施例中拟合平面空间位置示意图；

图5是本发明实施例中拟合平面对应高程点示意图；

图6是本发明实施例中月面巡视器无法通过栅格示意图；

图7是本发明实施例中月面巡视器位置点P_arb附近高程点示意图；

图8是本发明实施例中月面三维环境模型；

图9是本发明实施例中月面巡视器安全运行区域求解结果示意图；

图10是本发明实施例中月面巡视器安全运行区域平整度灰度图；

图11是本发明实施例中月面巡视器基于粒子群算法探测点选取过程示意图。

【具体实施例】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例给出一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，请参考图1，其为本发明实施例所提供的基于三维环境模型的探测点自主选取策略的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，获得月面三维环境模型。

具体的，月面巡视器上安装的导航相机在每一个站点都会环绕拍摄一系列的左右图像，首先经过图像预处理，通过密集匹配可得到视差图，接着利用三角形相似原理恢复出三维点云信息，根据相机位姿对点云进行拼接得到了一个由离散的点组成的点云地图。在此基础上，使用三角网格、面片进行建模，进而获得月面的数字高程地图(DEM)三维模型。

所得月面环境三维模型由N个包含三维位置信息的高程点表征，即月面环境三维模型可表示为一个三维数组，表示为

P_ele＝{P_{ele_i}}＝{x_i,y_i,z_i},i＝1,2,...,N

上式中，P_{ele_i}为第i个高程点，下标“ele”为单词“elevation”的缩写，N 为根据月面环境三维模型的建模精度预设的高程点总个数。

预设月面巡视器车体结构模型的长为3l，宽为3l，高为2l(单位均为m)，质量为M(单位为kg)，且搭载有车体前端相机、车载机械臂、信号接收器与系统控制器，请参考图2，其为月面巡视器车体结构模型的示意图。

如图2所示，①为车体前端相机、②为车载机械臂、③为信号接收器、④为系统控制器，其中，图2(a)为月面巡视器车体结构的左视图，图2(b)为月面巡视器的主视图。根据月面巡视器车体结构及月面环境复杂程度，将月面环境三维模型栅格化为若干个l×l的小正方形，其中l为小正方形的边长，栅格e 为栅格化后月面三维环境模型中的任意一个栅格。

步骤102，依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域。

具体的，考虑到理论上无法计算某高程点相对于基准平面的坡度，因此通过计算每个栅格的坡度来度量实际区域的坡度。由于计算某栅格e的坡度时，月面巡视器实际所处区域并非仅为栅格，而是以栅格e为中心的3l×3l的区域S_cur，请参考图3，其为计算某栅格e的坡度时月面巡视器实际所处区域 S_dat示意图，如图2所示，l为栅格化后的月面三维环境模型中小正方形的边长，栅格e_E、e_W、e_S、e_N、e_ES、e_EN、e_WS、e_WN依次为栅格e正东、正西、正南、正北、东南、东北、西南、西北方向的邻近栅格。

利用区域S_cur内的所有高程点P′_ele＝{x_j,y_j,z_j},j＝1,2,...,N_cur，其中N_cur表示区域S_cur内的高程点总个数，基于最小二乘法将区域S_cur拟合为3l×3l的平面S_fit，请参考图4，其为计算某栅格e的坡度时月面巡视器实际所处区域拟合平面示意图。

如图4所示，图中P_e和分别表示栅格e和e_S对应的几何中心，l_z和l_pro分别表示两点之间线段在yOz平面和在xOy平面的投影，进而利用拟合平面S_fit计算中间栅格e的坡度。将拟合平面S_fit的方程表示为A₁x+B₁y+C₁z+D₁＝0，则可推导获得P_e和的坐标分别为(x_e,y_e,z_e)和基于三维空间结合关系，可得

则可得用于度量栅格e坡度的坡度角θ为θ＝a tan2(l_z,l_pro)。结合实际情况可知，当栅格e的坡度角θ超过其最大可通过坡度角θ_max或低于其最小可通过坡度角θ_min时(θ_min＜0＜θ_max)，月面巡视器无法通过该栅格，其中，θ_max为预设的月面巡视器最大可通过坡度角，θ_min为预设的月面巡视器最小可通过坡度角，仅当θ_min＜θ＜θ_max时月面巡视器才能安全通过栅格e。

此外，考虑到在上坡与下坡过程中月面巡视器重力势能变化所消耗的能量截然不同，而能耗又会影响月面巡视器的可持续运行(寿命)。因此，综合考虑安全与可持续运行要求，将月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价函数 f_cli表示为

其中M为月面巡视器的质量，g_lun为月面的重力加速度，l为月面环境三维模型栅格化后小正方形栅格的边长，l_z为月面巡视器通过栅格e时所发生的高度变化，仅当θ_min≤θ≤θ_max时月面巡视器才能安全爬过栅格e内的坡，安全通过栅格e。

请参考图5，其为拟合平面S_fit中对应的高程点，如图5所示，图中，黑色点表示位于拟合平面上方，黑色三角形表示位于拟合平面下方。根据点到平面的距离计算公式，可得任一高程点P′_{ele_j}＝(x_j,y_j,z_j)沿拟合平面法线方向移动的距离为

组合所有高程点对应的位移值l′_{ele_j},j＝1,2,...,N_cur，可获得高程点位移集合l′_ele。通过求解集合l'_ele中的最大值与最小值之差，即可获得拟合平面S_fit内可能存在的障碍物的最大高度l_obs，可表示为

l_obs＝Max{l'_ele}-Min{l'_ele}≥0

结合实际情况可知，当障碍高度l_obs大于最大可翻越障碍高度l_max时，月面巡视器不能安全越过该栅格内的障碍物，其中，l_max为根据月面巡视器车体结构参数预设的常数，仅当l_obs≤l_max时，月面巡视器才能安全越过该栅格内的障碍物，此时，考虑到月面巡视器翻越障碍物需克服重力做功，相比于在无障碍物的坡上运动会消耗过多能量，而能耗又会影响月面巡视器的可持续运行(寿命)。因此，综合考虑安全与可持续运行要求，将月面巡视器通过栅格e时的越障代价函数f_obs表示为

其中仅当l_obs≤l_max时，月面巡视器才能安全越过该栅格内的障碍物。

在完成爬坡代价函数和越障代价函数构建的基础上，综合考虑坡度角θ和障碍高度l_obs，获得通过各栅格所需付出的运行代价评估函数f_gri为

其中f_cli为月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价，f_obs为月面巡视器通过栅格 e时的越障代价。

基于运行代价评估函数f_gri，求得穿过各栅格的运行代价值，进而可以确定月面巡视器无法通行的栅格，请参考图6，其为确定月面巡视器无法通过的栅格，如图6(a)所示，其中白栅格为月面巡视器可通过的栅格，黑色栅格为月面巡视器无法通过的栅格，即其运行代价为+∞。

考虑到图6(a)中部分黑色栅格会阻断月面巡视器到达部分白色栅格，进而导致图6(a)中部分白色栅格不可达。因此，在求得理论上可通行(白色) 栅格的基础上，基于广度优先搜索算法确定所有白色栅格中的实际可通行栅格，进而确定月面巡视器的安全运行区域S_saf，即安全运行区域，如图6(b) 所示，白色栅格为月面巡视器的安全运行区域，灰色栅格为由于黑色栅格的阻拦而不可达的栅格。鉴于月面巡视器车体结构约束，图6中最外侧环状区域的运行代价不可测。

步骤103，依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。

具体的，针对月面巡视器安全运行区域内的任一位置点P_arb(x,y,z)，预设以该点为圆心、r为半径的圆形区域内包含N_arb个高程点，其中，r为根据X质谱仪的镜面半径预设的常数，该N_arb个高程点可组成高程点集合 P″_ele＝{x_k,y_k,z_k},k＝1,2,...,N_arb，请参考图7，其为点P_arb附近的高程点，如图7 所示，点P_arb(x,y,z)为圆心，r为半径，黑色的点为圆形区域所包含的高程点。

将该N_arb个高程点拟合为探测区域平面S_det，将平面S_det的方程表示为 A₂x+B₂y+C₂z+D₂＝0，基于任一高程点P′_{ele_j}＝(x_j,y_j,z_j)沿拟合平面法线方向移动的距离公式，求解所有距离值l″_{ele_k},k＝1,2,...,N_arb的平均值为

考虑到高程点P″_{ele_k},k＝1,2,...,N_arb相对于探测区域平面S_det的波动程度可表征探测点所处区域的平整度，故利用l″_{ele_k},k＝1,2,...,N_arb的标准差表示位置点 P_arb(x,y,z)所处区域的平整度评价指标σ为

月面巡视器在执行探测任务时，车载机械臂末端所安装的用于检测月壤、月岩成分的X质谱仪具有以下探测要求：

1)探测方位要求。安装于车载机械臂末端的X质谱仪在执行探测任务时，由于其需接受自身发射的X射线的反射射线，故需使X质谱仪的轴线同探测点所处区域对应的拟合平面的法线重合。

2)探测距离要求。根据探测设备硬件性能要求，X质谱仪的镜面与探测区域表面间的距离需小于最大可探测距离，而探测区域所具有的凸起或凹陷等特征，又会导致X质谱仪镜面与探测区域表面间距离增大，甚至可能导致其不满足探测距离要求，为此，需使探测区域表面具有较高的平整度。

探测方位要求可通过控制车载机械臂末端位姿，使X质谱仪轴线同探测点所处拟合平面的法线重合来实现。探测距离通过使用上述平整度指标进行度量，并通过挑选来满足。

依据平整度评价指标，基于粒子群算法确定最优探测点的位置。

将粒子编码为(x,y)，其表示高程点的前两维坐标，基于编码粒子即可构造粒子群。在所求月面巡视器的安全运行区域内，随机选取N_par个高程点 P″′_ele＝{x_n,y_n,z_n},n＝1,2,...,N_par，N_par为根据安全运行区域的大小预设的常数；选取集合P″′_ele的前两维数据{x_n,y_n},n＝1,2,...,N_par以初始化粒子群，可得粒子 n＝1,2,...,N_par的初始位置P_n＝(P_n1,P_n2),n＝1,2,...,N_par，根据平整度评价指标构造粒子的适应度函数f(P_n)为

其中，f(P_n)的取值范围为(0,1]，基于所构造的适应度函数可求得各粒子对应的适应度，适应度越大表示粒子对应的高程点(探测点)所处区域平整度越高；根据探测任务对探测点所在区域平整度的要求，设定粒子的适应度阈值为G_best，即最终优选粒子的适应度需大于等于G_best。根据安全运行区域范围确定各粒子的位置变化范围[P_min,P_max]，其中，P_min和P_max为粒子位置变化的最大最小值；根据计算效率要求，确定各粒子的速度变化范围[-v_max,v_max]，其中，v_min为粒子速度变化的最大，及迭代次数上限K_max；进而可得基于粒子群算法选取探测点的流程为

第一步：令迭代次数K＝1，基于所构造的适应度函数f(P_n)计算各粒子的适应度f(P_n),n＝1,2,...,N_par，选取最大适应度值Max(f(P_n))对应的粒子位置作为种群的初始最好位置g_best，设粒子n的当前位置即为其个体的初始最好位置其初始速度设为转至第二步。

第二步：令K＝K+1，可得粒子速度更新公式为

其中，w为根据全局搜索与局部搜索间的平衡预设的惯性因子，c₁与c₂为学习因子，通常取c₁＝c₂＝2，r₁与r₂为随机因子，用于增加搜索过程中的随机性，取[0,1]间的随机数。基于粒子速度更新公式可求得第K次迭代计算时各粒子速度若所求速度超出[-v_max,v_max]，则令其为速度范围边界值；转至第三步。

第三步：基于粒子位置更新公式

计算第K次迭代时各粒子的位置若所求位置超出[P_min,P_max]，则令其为位置范围的边界值；转至第四步。

第四步：基于适应度函数f(P_n)计算各粒子的适应度，若其中的最大适应度值大于g_best，则将其赋值于g_best；针对粒子n，若本次计算所得适应度大于则将其赋值于转至第五步。

第五步：若K≤K_max且g_best≥G_best，则所求探测点的平整度满足任务要求，转至第六步；若K＞K_max且g_best＜G_best，则修改粒子的适应度阈值G_best，转至第一步；否则，转至第二步。

第六步：确定g_best所对应的粒子，输出该粒子所对应的探测点 P_det＝(x_det,y_det,z_det)，完成探测点的选取。

依据本发明实施例提供的上述方法，对月面巡视器探测点选取进行了仿真。

请参考图8，其为月面环境三维模型，如图8所示，其中月面三维环境模型长16m，宽14.5m。

设月面巡视器的长和宽均为3l＝1.5m，进而可将月面巡视器在地面上的垂直投影等效为9个栅格，每个栅格的边长l＝0.5m。以l为间隔将月面环境进行栅格化处理，可获得29行、32列，总计928个栅格。

请参考图9，其为月面巡视器安全运行区域求解结果图，如图9(a)所示，白色栅格为可行栅格，黑色栅格为月面巡视器无法通过的栅格。基于广度优先搜索图9(a)中的白栅格，可获得月面巡视器的安全运行区域，如图 9(b)中的白色栅格所示，横坐标为栅格列序号，纵坐标为栅格行序号。

基于平整度评价指标求解公式，遍历求解安全运行区域内各点所处区域的平整度，总耗时2141.521s，请参考图10，其为所求安全运行区域平整度灰度图。如图10所示，图中颜色越浅的区域越平整，颜色越深(接近黑色) 的区域越不平整，横坐标为栅格列序号，纵坐标为栅格行序号。

根据图10中安全运行区域大小随机选定20个高程点，将其x,y坐标值进行编码以作为初始粒子群；根据任务要求，设定粒子的适应度阈值 G_best＝1^-10，速度变化范围为[-2,2]m·s^-1，基于粒子群算法搜索探测点(迭代次数上限设为K_max＝50)，通过9次迭代，耗时9.646s确定了探测点，请参考图11，其为月面巡视器基于粒子群算法探测点选取过程示意图，如图11 (a)所示，其为单点探测点选取过程，横坐标为栅格列序号，纵坐标为栅格行序号，白色区域为安全运行区域，黑色区域为无法到达区域，黑色圆圈表示粒子位置，连线表示选取过程，其所对应的各粒子位置及适应度变化过程如表1所示。

表1搜索过程各次迭代对应的粒子位置和适应度

基于粒子群算法随机搜索10次，可得各次搜索所得探测点如图11(b) 所示，其为多次探测点选取结果，白色区域为安全运行区域，黑色区域为无法到达区域，黑色圆圈表示粒子位置，对应各次搜索的迭代次数、计算耗时、最初所选探测点适应度和最终所选探测点适应度信息如表2所示。

表2基于粒子群算法随机搜索10次探测点对应的搜索信息

基于表2可知，上述10次随机搜索耗时的平均值为9.746s，比遍历求解耗时2141.521s低两个数量级，由此可以证明基于粒子群算法开展探测点选取的有效性。此外，各次迭代搜索所得最终探测点的适应度均大于G_best，且通过对比图10和图11(b)亦可得出：搜索所得最终探测点均处于平整度较高区域(满足探测设备要求)，由此可以证明本发明实施例所提探测点自主选取策略的正确性。

本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的技术方案中，依据月面三维环境模型，依据月面巡视器在不同区域运动时的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域，进而依据月面巡视器的安全运行区域，依据通过探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构造探测点平整度评价指标，基于粒子群算法在安全运行区域内选取平整度最高的点，从而实现月面最优探测点的选取，因此可以实现月面巡视器基于三维环境模型的探测点自主选取，与三维环境模型相结合，避免人为选取探测点的主观性影响，提高探测任务执行的成功率；提出的探测点自主选取策略可进一步应用于其他采样任务及研究领域中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种基于三维环境模型的探测点自主选取策略，其特征在于，所述方法包括：

获得月面三维环境模型；

依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域；

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据月面三维环境模型和根据月面巡视器结构特点构建满足月面巡视器行进条件的运行代价函数，获得月面巡视器的安全运行区域，包括：

依据月面巡视器结构特点，并利用如下月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，获得月面巡视器行进的运行代价函数：

其中对月面三维环境模型进行栅格化，栅格化后的月面三维环境中的任意一个栅格取名为栅格e，f_gri为月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，f_cli为月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价，f_obs为月面巡视器通过栅格e时的越障代价，θ_max为预设的月面巡视器最大可通过坡度角，θ为月面巡视器所要通过的栅格e坡度的坡度角，θ_min为预设的月面巡视器最小可通过坡度角，l_obs为分析区域内障碍物高度，l_max为根据月面巡视器车体结构参数预设的最大可翻越障碍高度；

依据月面巡视器通过栅格e时的运行代价函数，遍历栅格化后的月面三维环境模型，求得月面巡视器通过各栅格的运行代价值，求取月面巡视器无法通行的栅格，获得月面巡视器的安全运行区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

利用如下月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价函数f_cli，获得月面巡视器在不同区域运动时的爬坡代价：

其中f_cli为月面巡视器通过栅格e时的爬坡代价，θ_max为预设的月面巡视器最大可通过坡度角，θ为月面巡视器所要通过的栅格e坡度的坡度角，θ_min为预设的月面巡视器最小可通过坡度角，M为月面巡视器的质量，g_lun为月面的重力加速度，l为月面三维环境栅格化后正方形栅格的边长，l_z为月面巡视器通过栅格e时所发生的高度变化，仅当θ_min≤θ≤θ_max时月面巡视器才能安全爬过栅格e内的坡。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

利用如下月面巡视器通过栅格e时的越障代价函数，确定月面巡视器在不同区域运动时的越障代价：

其中f_obs为月面巡视器通过栅格e时的越障代价，M为月面巡视器的质量，g_lun为月面的重力加速度，l_obs为分析区域内障碍物高度，l_max为根据月面巡视器车体结构参数预设的最大可翻越障碍高度，仅当l_obs≤l_max时，月面巡视器才能安全越过该栅格内的障碍物。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置，包括：

依据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求，利用如下公式，确定月面巡视器安全运行区域内任意位置点P_arb(x,y,z)的平整度σ：

其中P_arb(x,y,z)为月面巡视器安全运行区域内任意位置点坐标，N_arb为点P_arb附近的高程点个数，即以点P_arb为圆心，r为半径的圆形区域内高程点的总个数，r为根据月面巡视器所携带的X质谱仪的镜面半径预设的常数，拟合点P_arb附近的高程点所得到的探测区域平面为平面S_det，l″_{ele_k}为点P_arb附近的高程点到平面S_det的距离，为所有距离值l″_{ele_k},k＝1,2,...,N_arb的平均值，k为点P_arb附近的当前计算的高程点序号；

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，获得月面巡视器安全运运行区域内的最优探测点的位置，包括：

依据月面巡视器的安全运行区域和根据月面巡视器所携带的探测设备对探测点所处月表地形平整度的要求构建的平整度评价指标，基于粒子群算法获得月面巡视器安全运行区域内的最优探测点的位置。