CN110244720A - 用于海上无人艇的路径规划方法及系统 - Google Patents
用于海上无人艇的路径规划方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110244720A CN110244720A CN201910482750.XA CN201910482750A CN110244720A CN 110244720 A CN110244720 A CN 110244720A CN 201910482750 A CN201910482750 A CN 201910482750A CN 110244720 A CN110244720 A CN 110244720A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned boat
- grid
- cruise
- unmanned
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000013439 planning Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003138 coordinated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012372 quality testing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于海上无人艇的路径规划方法及系统，所述方法包括：生成待巡航海域的栅格地图；生成多艘无人艇在栅格地图中的随机巡航路径；获取各艘无人艇的历史巡航数据；预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。本发明实现了多艘无人艇协同路径规划，实现了对海域的全面巡航，并且不会出现路径重合的情况。
Description
技术领域
本发明涉及海上无人艇技术领域，具体是指一种用于海上无人艇的路径规划方法及系统。
背景技术
无人艇具有体积小、隐身性好、智能、无人员伤亡等优点，在军事方面能够灵活作战，部署机动，使用方便，可以在危险区域或者不适宜派遣有人舰船的区域独立自主执行任务，拓展了海上作战范围，具有良好的费效比。我国作为海岸线广阔、海上争端频发的发展中大国，有必要加强无人艇技术研究，保护自身的海洋权益。而为其设计一款高性能的导航系统具有重要现实意义。就目前而言，对于无人艇导航系统的主要要求是小体积、高精度、高可靠性，能够适应不同海况，针对其特点，常采用捷联惯导系统(SINS)和全球定位系统(GPS)组成组合导航系统。
然而现有的导航系统中，无法很好地针对无人艇的特点进行路径规划，并且无法很好地做到多艘无人艇协同配合。在多艘无人艇对于一片海域进行巡航时，容易出现路径重合或者大片区域被遗漏的情况。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于海上无人艇的路径规划方法及系统，实现多艘无人艇协同路径规划，实现对海域的全面巡航，并且不会出现路径重合的情况。
为了实现上述目的，本发明具有如下构成：
本发明提供了一种用于海上无人艇的路径规划方法，所述方法包括如下步骤：
生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，且连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值，如果存在，则选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
获取所述待巡航海域的天气信息，所述天气信息包括不同时刻的风向、风速和雷雨等级；
根据待巡航海域的天气信息对各个栅格的天气信息进行标记；
对于各个栅格，判断经过该栅格的各艘无人艇的预计到达时间的天气信息是否均满足预设允许行驶条件，如果存在一无人艇的预计到达时间的天气信息不满足预计允许行驶条件，则调整该无人艇的巡航路径，以使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；
如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；
根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；
判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过；
如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
对于存在障碍物的栅格，每隔预设时间间隔获取在所述障碍物周围的无人艇的采集图像，根据所述采集图像判断所述障碍物是否存在；
如果检测到所述障碍物不存在，则取消该栅格中障碍物的标记。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格；
实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较；
如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间，并确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
可选地，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在重合的栅格，且经过同一栅格的预计到达时间的差值大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
可选地，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
如果实际到达时间大于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之前到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算两个无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值；
如果实际到达时间小于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之后到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值。
本发明实施例还提供一种用于海上无人艇的路径规划系统，应用于所述的用于海上无人艇的路径规划方法，所述系统包括：
栅格地图生成模块，用于生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
巡航路径生成模块，用于生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
巡航路径调整模块，用于采用如下步骤调整所述巡航路径生成模块生成的各艘无人艇的巡航路径：
所述巡航路径调整模块获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
所述巡航路径调整模块获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
所述巡航路径调整模块判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则所述巡航路径调整模块调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
所述巡航路径调整模块判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，且连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值，如果存在，则所述巡航路径调整模块选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划系统还包括障碍物检测模块，用于获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；以及根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；
所述巡航路径调整模块还用于判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过，如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
可选地，所述用于海上无人艇的路径规划系统还包括状态监测模块，用于设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格，实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较，如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间；
所述巡航路径调整模块还用于在重新计算后续巡航路径的预计到达时间后，确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
因此，本发明实现多艘无人艇协同路径规划，实现对海域的全面巡航，并且不会出现路径重合的情况；结合无人艇的历史巡航数据，根据无人艇的自身的特点对其路径进行预测，避免无人艇在巡航中出现不同无人艇路径冲突的情况，保障巡航安全；对无人艇的巡航过程实时监控，如果出现实际到达时间和预计到达时间差异很大的情况，及时调整对无人艇的路径预测；结合障碍物检测和障碍物标记，并结合天气信息，保障无人艇巡航路径的畅通，提高无人艇巡航效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的用于海上无人艇的路径规划方法的流程图；
图2为本发明一实施例的根据各艘无人艇的巡航路径中各个栅格的预计到达时间调整可能出现冲突的无人艇的巡航路径的流程图；
图3为本发明一实施例的根据各艘无人艇的巡航路径填补栅格地图中的大片空白区域的流程图；
图4为本发明一实施例的栅格地图的结构示意图；
图5为本发明一实施例的用于海上无人艇的路径规划系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。
如图1所示，本发明提供了一种用于海上无人艇的路径规划方法，所述方法包括如下步骤：
S100：生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
S200：生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
S300：获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
S400：获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
S500：根据各艘无人艇的巡航路径中各个栅格的预计到达时间调整可能出现冲突的无人艇的巡航路径；如图2所示，步骤S500具体包括如下步骤：
S501：判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，即如图4中所示的具有斜划线填充的栅格中即为两个以上无人艇的巡航路径中重复的栅格；
S502：如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
S503：如果不存在，则无需调整该无人艇的巡航路径；
S504：如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
S505：如果每两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值均大于第一阈值，则无人艇不存在冲突路径，无需调整。
S600：根据各艘无人艇的巡航路径填补栅格地图中的大片空白区域；具体地，如图3所示，步骤S600包括如下步骤：
S601：判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，如图4中示出的A区域和B区域的部分，分别有多个连续的没有无人艇经过的栅格；
S602：如果存在连续，则判断连续的没有无人艇经过的栅格的总面积是否大于预设面积阈值；例如，设定预设面积阈值为15个栅格的面积，则A区域是小于预设面积阈值的，B区域是大于预设面积阈值的，需要调整至少一个无人艇的巡航路径来填充B区域；
S603：如果不存在连续没有无人艇经过的栅格，则巡航路径调整结束；
S604：如果是，则选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，如果存在，则说明该无人艇的巡航路径与其他无人艇的巡航路径重合很多，不是特别有必要，可以调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域，例如可以使得无人艇的巡航路径穿过连续的没有无人艇经过的栅格的区域的中间，以将该区域一分为二，最大程度减小连续的没有无人艇经过的栅格的区域的面积；
S605：如果没有连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值的，则巡航路径调整结束。
因此，本发明的用于海上无人艇的路径规划方法实现了多艘无人艇协同路径规划，并且不会出现路径重合的情况；结合无人艇的历史巡航数据，根据无人艇的自身的特点对其路径进行预测，避免无人艇在巡航中出现不同无人艇路径冲突的情况，保障巡航安全；并且通过栅格的连续面积计算，避免有遗漏区域未被巡航到，实现了对海域的全面巡航。
在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
获取所述待巡航海域的天气信息，所述天气信息包括不同时刻的风向、风速和雷雨等级；
根据待巡航海域的天气信息对各个栅格的天气信息进行标记；
对于各个栅格，判断经过该栅格的各艘无人艇的预计到达时间的天气信息是否均满足预设允许行驶条件，如果存在一无人艇的预计到达时间的天气信息不满足预计允许行驶条件，则调整该无人艇的巡航路径，以使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
因此，本发明在进行无人艇的路径规划时，还充分考虑了天气因素，最大程度保障无人艇巡航的安全性。
在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；
如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；
根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；障碍物的类型可以通过图像比对的方式获得，并且可以根据障碍物的类型、障碍物的尺寸等对障碍物进行分级，如果障碍物等级比较低，可以不影响无人艇的巡航路径，如果障碍物等级比较高，则需要考虑调整无人艇的巡航路径；
判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过；
如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
对于存在障碍物的栅格，每隔预设时间间隔获取在所述障碍物周围的无人艇的采集图像，根据所述采集图像判断所述障碍物是否存在；
如果检测到所述障碍物不存在，则取消该栅格中障碍物的标记。
因此，本发明结合障碍物检测和障碍物标记，并结合天气信息，保障无人艇巡航路径的畅通，提高无人艇巡航效率。在对一个栅格标记了障碍物之后，每隔一段时间重新检测是否还存在障碍物，保障障碍物清除后及时发现。
在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划方法还包括如下步骤：
设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格；
实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较；
如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间，并确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
因此，本发明通过对无人艇的巡航过程实时监控，如果出现实际到达时间和预计到达时间差异很大的情况，及时调整对无人艇的路径预测。
在该实施例中，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在重合的栅格，且经过同一栅格的预计到达时间的差值大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
在该实施例中，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
如果实际到达时间大于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之前到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算两个无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值；
如果实际到达时间小于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之后到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值。
因此，该实施例中，进一步地，根据实际到达时间和预计到达时间的比较，判断无人艇比预计提前到达还是延误到达了对应的栅格，分清楚处理，减小了时间比对的计算量。
如图5所示，本发明实施例还提供一种用于海上无人艇的路径规划系统，应用于所述的用于海上无人艇的路径规划方法，所述系统包括：
栅格地图生成模块M100，用于生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
巡航路径生成模块M200，用于生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
巡航路径调整模块M300，用于采用如下步骤调整所述巡航路径生成模块生成的各艘无人艇的巡航路径：
所述巡航路径调整模块M300获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
所述巡航路径调整模块M300获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
所述巡航路径调整模块M300判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则所述巡航路径调整模块M300调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
所述巡航路径调整模块M300判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，且连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值，如果存在，则所述巡航路径调整模块M300选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域。
因此，本发明的用于海上无人艇的路径规划系统实现了多艘无人艇协同路径规划，并且不会出现路径重合的情况；结合无人艇的历史巡航数据，根据无人艇的自身的特点对其路径进行预测，避免无人艇在巡航中出现不同无人艇路径冲突的情况，保障巡航安全；并且通过栅格的连续面积计算，避免有遗漏区域未被巡航到，实现了对海域的全面巡航。
如图5所示，在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划系统还包括障碍物检测模块M400，用于获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；以及根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；
所述巡航路径调整模块M300还用于判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过，如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
如图5所示，在该实施例中，所述用于海上无人艇的路径规划系统还包括状态监测模块M500，用于设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格，实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较，如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间；
所述巡航路径调整模块M300还用于在重新计算后续巡航路径的预计到达时间后，确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
综上所述，本发明的用于海上无人艇的路径规划方法及系统中，实现了多艘无人艇协同路径规划，实现对海域的全面巡航，并且不会出现路径重合的情况；结合无人艇的历史巡航数据，根据无人艇的自身的特点对其路径进行预测，避免无人艇在巡航中出现不同无人艇路径冲突的情况，保障巡航安全；对无人艇的巡航过程实时监控，如果出现实际到达时间和预计到达时间差异很大的情况，及时调整对无人艇的路径预测；结合障碍物检测和障碍物标记，并结合天气信息，保障无人艇巡航路径的畅通，提高无人艇巡航效率。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，且连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值，如果存在，则选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域。
2.根据权利要求1所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
获取所述待巡航海域的天气信息，所述天气信息包括不同时刻的风向、风速和雷雨等级；
根据待巡航海域的天气信息对各个栅格的天气信息进行标记；
对于各个栅格，判断经过该栅格的各艘无人艇的预计到达时间的天气信息是否均满足预设允许行驶条件，如果存在一无人艇的预计到达时间的天气信息不满足预计允许行驶条件，则调整该无人艇的巡航路径，以使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
3.根据权利要求1所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；
如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；
根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；
判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过；
如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
4.根据权利要求3所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
对于存在障碍物的栅格，每隔预设时间间隔获取在所述障碍物周围的无人艇的采集图像，根据所述采集图像判断所述障碍物是否存在；
如果检测到所述障碍物不存在，则取消该栅格中障碍物的标记。
5.根据权利要求1所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格；
实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较；
如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间，并确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
6.根据权利要求5所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在重合的栅格，且经过同一栅格的预计到达时间的差值大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格。
7.根据权利要求6所述的用于海上无人艇的路径规划方法，其特征在于，所述确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，包括如下步骤：
如果实际到达时间大于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之前到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算两个无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值；
如果实际到达时间小于预计到达时间，则查找重合的栅格中在新的预计到达时间之后到达该栅格的无人艇的预计到达时间，计算无人艇的预计到达时间的差值是否大于第一阈值。
8.一种用于海上无人艇的路径规划系统，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的用于海上无人艇的路径规划方法，所述系统包括：
栅格地图生成模块，用于生成待巡航海域的栅格地图，记录各个栅格的尺寸和各个栅格的中心点的位置坐标；
巡航路径生成模块，用于生成多艘无人艇在所述栅格地图中的随机巡航路径；
巡航路径调整模块，用于采用如下步骤调整所述巡航路径生成模块生成的各艘无人艇的巡航路径：
所述巡航路径调整模块获取各艘无人艇的历史巡航数据，计算各艘无人艇的平均巡航速度；
所述巡航路径调整模块获取各艘无人艇的设定出发时间，预测各艘无人艇在经过巡航路径中各个栅格时的预计到达时刻；
所述巡航路径调整模块判断各艘无人艇的巡航路径是否与其他无人艇的巡航路径存在重复栅格，如果存在，则判断经过同一栅格的多艘无人艇的预计到达时间之间的差值是否大于第一阈值；
如果存在两艘无人艇经过同一栅格的预计到达时间之间的差值小于等于第一阈值，则所述巡航路径调整模块调整一无人艇的巡航路径，使得该无人艇的巡航路径避开该栅格；
所述巡航路径调整模块判断栅格地图中没有无人艇经过的栅格是否存在连续，且连续的没有无人艇经过的栅格的总面积大于预设面积阈值，如果存在，则所述巡航路径调整模块选择与其他无人艇的巡航路径存在重合栅格最多的巡航路径对应的无人艇，调整该无人艇的巡航路径，使得其经过所述连续的没有无人艇经过的栅格的区域。
9.根据权利要求8所述的用于海上无人艇的路径规划系统，其特征在于，所述系统还包括障碍物检测模块，用于获取各艘无人艇的雷达检测数据，根据所述无人艇的雷达检测数据判断是否存在障碍物；如果检测到一无人艇的前方存在障碍物，则获取所述无人艇的采集图像；以及根据所述无人艇的采集图像判断所述障碍物的类型，并在所述障碍物所在位置的栅格进行标记；
所述巡航路径调整模块还用于判断存在障碍物的栅格中在预设时间范围内是否有无人艇经过，如果是，则调整预设时间范围内会经过该栅格的无人艇的巡航路径，使得无人艇避开该栅格。
10.根据权利要求8所述的用于海上无人艇的路径规划系统，其特征在于，所述系统还包括状态监测模块，用于设定各艘无人艇的巡航路径中的观测节点，确定观测节点所对应的栅格，实时获取各艘无人艇经过各个所述观测节点所对应的栅格时的实际到达时间，并与该栅格的预计到达时间相比较，如果实际到达时间与预计到达时间不同，且实际到达时间与预计到达时间的差值大于第二阈值，则重新计算后续巡航路径的预计到达时间；
所述巡航路径调整模块还用于在重新计算后续巡航路径的预计到达时间后，确定后续巡航路径与其他无人艇的巡航路径是否存在冲突，存在冲突则调整该无人艇的巡航路径。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910482750.XA CN110244720B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 用于海上无人艇的路径规划方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910482750.XA CN110244720B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 用于海上无人艇的路径规划方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110244720A true CN110244720A (zh) | 2019-09-17 |
| CN110244720B CN110244720B (zh) | 2022-06-03 |
Family
ID=67886081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910482750.XA Active CN110244720B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 用于海上无人艇的路径规划方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110244720B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110779526A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-11 | 宁波海上鲜信息技术有限公司 | 一种路径规划方法、装置及存储介质 |
| CN111457927A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-28 | 北京工商大学 | 动态障碍物下的无人巡航船多目标路径规划方法 |
| CN111580525A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-25 | 珠海市一微半导体有限公司 | 沿边行走中返回起点的判断方法、芯片及视觉机器人 |
| CN112162558A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 广州海事科技有限公司 | 船舶安全航速控制方法、系统、计算机设备及存储介质 |
| CN113419535A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-09-21 | 鹏城实验室 | 双艇路径规划方法、装置、设备及计算机可读存储介质 |
| CN115002718A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-02 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种用于无人艇军事应用的联合运用调度方法 |
| CN116700315A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-05 | 苏州优世达智能科技有限公司 | 一种无人艇的航迹跟踪控制方法及系统 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6122572A (en) * | 1995-05-08 | 2000-09-19 | State Of Israel | Autonomous command and control unit for mobile platform |
| CN103744428A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-04-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于邻域智能水滴算法的水面无人艇路径规划方法 |
| CN107229287A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-03 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种基于遗传蚂蚁算法的无人机全局路径规划方法 |
| CN108445879A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-08-24 | 上海大学 | 一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法 |
| CN108489492A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-09-04 | 上海大学 | 一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统和方法 |
| CN108876065A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-11-23 | 武汉理工大学 | 一种基于轨迹单元的无人艇运动规划方法 |
| CN108983789A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-12-11 | 广东华中科技大学工业技术研究院 | 一种无人艇的路径规划和布放调度方法 |
| CN109540136A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-29 | 广东华中科技大学工业技术研究院 | 一种多无人艇协同路径规划方法 |
| CN109696203A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-04-30 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 海洋环境测量方法、装置及电子设备 |
| CN109799823A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-24 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 一种海洋测量方法、电子设备及存储介质 |
-
2019
- 2019-06-04 CN CN201910482750.XA patent/CN110244720B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6122572A (en) * | 1995-05-08 | 2000-09-19 | State Of Israel | Autonomous command and control unit for mobile platform |
| CN103744428A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-04-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于邻域智能水滴算法的水面无人艇路径规划方法 |
| CN107229287A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-03 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种基于遗传蚂蚁算法的无人机全局路径规划方法 |
| CN108489492A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-09-04 | 上海大学 | 一种考虑海况因素的无人艇路径规划系统和方法 |
| CN108445879A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-08-24 | 上海大学 | 一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法 |
| CN108983789A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-12-11 | 广东华中科技大学工业技术研究院 | 一种无人艇的路径规划和布放调度方法 |
| CN108876065A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-11-23 | 武汉理工大学 | 一种基于轨迹单元的无人艇运动规划方法 |
| CN109540136A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-29 | 广东华中科技大学工业技术研究院 | 一种多无人艇协同路径规划方法 |
| CN109696203A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-04-30 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 海洋环境测量方法、装置及电子设备 |
| CN109799823A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-24 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 一种海洋测量方法、电子设备及存储介质 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHAO CHEN 等: "Damaged Bridges Over Water: Using High-Spatial-Resolution Remote-Sensing Images for Recognition, Detection, and Assessment", 《IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING MAGAZINE》 * |
| 包昕幼: "浅水区域无人探测艇编队巡航路径规划研究", 《中国硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
| 吴博 等: "一种内河海事无人艇路径规划算法设计与仿真", 《计算机工程与应用》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110779526A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-11 | 宁波海上鲜信息技术有限公司 | 一种路径规划方法、装置及存储介质 |
| CN111457927A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-28 | 北京工商大学 | 动态障碍物下的无人巡航船多目标路径规划方法 |
| CN111457927B (zh) * | 2020-04-26 | 2021-03-05 | 北京工商大学 | 动态障碍物下的无人巡航船多目标路径规划方法 |
| CN111580525A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-25 | 珠海市一微半导体有限公司 | 沿边行走中返回起点的判断方法、芯片及视觉机器人 |
| CN111580525B (zh) * | 2020-05-26 | 2023-05-05 | 珠海一微半导体股份有限公司 | 沿边行走中返回起点的判断方法、芯片及视觉机器人 |
| CN112162558A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 广州海事科技有限公司 | 船舶安全航速控制方法、系统、计算机设备及存储介质 |
| CN113419535A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-09-21 | 鹏城实验室 | 双艇路径规划方法、装置、设备及计算机可读存储介质 |
| CN113419535B (zh) * | 2021-07-05 | 2024-02-27 | 鹏城实验室 | 双艇路径规划方法、装置、设备及计算机可读存储介质 |
| CN115002718A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-02 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种用于无人艇军事应用的联合运用调度方法 |
| CN115002718B (zh) * | 2022-05-19 | 2024-04-23 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种用于无人艇军事应用的联合运用调度方法 |
| CN116700315A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-05 | 苏州优世达智能科技有限公司 | 一种无人艇的航迹跟踪控制方法及系统 |
| CN116700315B (zh) * | 2023-07-03 | 2024-02-06 | 苏州优世达智能科技有限公司 | 一种无人艇的航迹跟踪控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110244720B (zh) | 2022-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110244720A (zh) | 用于海上无人艇的路径规划方法及系统 | |
| CN110208816B (zh) | 用于海上无人艇的自动障碍物识别系统及识别方法 | |
| KR102240839B1 (ko) | 이미지 세그멘테이션을 이용한 자율 운항 방법 | |
| CN105404844B (zh) | 一种基于多线激光雷达的道路边界检测方法 | |
| Larson et al. | Advances in autonomous obstacle avoidance for unmanned surface vehicles | |
| CN104091470B (zh) | 一种基于多数据融合的航道交通信息预测方法及应用 | |
| CN108803313A (zh) | 一种基于海流预测模型的路径规划方法 | |
| JP2018172087A (ja) | 航路上のリスクに適応した航行支援方法及び航行支援システム | |
| CN103531043A (zh) | 基于航线匹配的船舶点到点航行时间估算方法 | |
| CN111536962B (zh) | 智能船舶的航线规划方法及装置、存储介质、计算机设备 | |
| Lazarowska | Ant colony optimization based navigational decision support system | |
| CN114066354A (zh) | 一种基于全球船舶历史航迹的智能航线推荐方法及系统 | |
| CN109144060A (zh) | 一种船舶航线的危险识别方法及系统 | |
| KR20220054743A (ko) | 서브시스템 성능 평가를 위한 메트릭 역전파 | |
| CN109471130A (zh) | 一种用于野外环境无人驾驶的正负障碍物检测方法 | |
| He et al. | Ship route planning using historical trajectories derived from AIS data | |
| KR20210044197A (ko) | 이미지 세그멘테이션을 이용한 자율 운항 방법 | |
| CN116448115B (zh) | 基于导航雷达和光电的无人艇概率距离地图构建方法 | |
| CN104464379A (zh) | 基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统 | |
| Battistello et al. | Exploitation of a priori information for tracking maritime intermittent data sources | |
| CN114061565B (zh) | 一种无人船舶slam及其应用方法 | |
| US20220214689A1 (en) | Autonomous Vessel and Infrastructure for Supporting an Autonomous Vessel on Inland Waterways | |
| CN107430004A (zh) | 用于计算至少一艘船的水面速的方法和用于推导在该船的路径上每个点处的漂移向量的方法 | |
| Itoh | Method for prediction of ship traffic behaviour and encounter frequency | |
| Stateczny | Radar water level sensors for full implementation of the river information services of border and lower section of the Oder in Poland |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |