CN111879324A - 一种基于船舶角速度限制的路径规划方法和装置 - Google Patents

一种基于船舶角速度限制的路径规划方法和装置 Download PDF

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CN111879324A CN202010612161.1A CN202010612161A CN111879324A CN 111879324 A CN111879324 A CN 111879324A CN 202010612161 A CN202010612161 A CN 202010612161A CN 111879324 A CN111879324 A CN 111879324A
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王晓原
夏媛媛
姜雨函
高杰
柴垒
孙正濮
朱慎超
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Abstract

本发明涉及一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，包括：针对船舶在预先设定的区域中的路径规划过程中，基于船舶的起点、船舶的终点、船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点以及所述预先设定的区域的具有m行乘以n列的网格地图，获取船舶航行的第一节点，并将所述船舶航行的第一节点作为船舶的路径节点；根据船舶的路径节点以及船舶的航速以及船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点，获取船舶航行的第二节点；判断所述船舶航行的第二节点是否满足预先设定的第一条件，根据判断结果确定新的路径节点；按生成顺序将所述多个船舶的路径节点组成船舶的行驶路径。

Description

一种基于船舶角速度限制的路径规划方法和装置
技术领域
本发明涉及路径规划技术领域，尤其涉及一种基于船舶角速度限制的路径规划方法和装置。
背景技术
目前，现有的船舶路径规划算法均为基于位置信息的规划，没有考虑船舶的转向能力，规划的只是从起始港到目的港的无碰撞最短路径。但是，在实际应用当中受到船舶形状及机动性的限制，船舶在航行过程中的转向需要设定最小转弯半径，因此，船舶转弯过程中的最大角速率受到限制。而且，现有的路径规划算法是在得到规划路径以后，再通过贝塞尔曲线、插值法、去除无效拐点等方式对路径进行平滑处理，尽量避免出现较大转向角的情况，但是这样算法的执行效率受并不高，通过贝塞尔曲线、插值法、去除无效拐点等方式对路径进行平滑处理后也还会出现船舶转弯过程中的的角速度过大，从而引起船舶不稳定的现象。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，其解决了现有技术中规划的船舶路径没有考虑船舶转弯过程中的的角速度，从而引起船舶不稳定的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，包括：
S1、针对船舶在预先设定的区域中的路径规划过程中，基于船舶的起点、船舶的终点、船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点以及所述预先设定的区域的具有m行乘以n列的网格地图，获取船舶航行的第一节点，并将所述船舶航行的第一节点作为船舶的路径节点；
所述可行节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中除船舶的起点外，船舶能够达到船舶的起点和船舶的终点的网格的中心点；
所述船舶航行的第一节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中船舶的起点的16邻域中F值最小的可行节点；
S2、根据船舶的路径节点以及船舶的航速以及船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点，获取船舶航行的第二节点；
所述船舶航行的第二节点为：船舶的路径节点的16邻域中F值最小的可行节点，其中可行节点的F值为可行节点到起点的路径耗费与可行节点到终点的路径耗费的总值；
S3、判断所述船舶航行的第二节点是否满足预先设定的第一条件，根据判断结果确定新的路径节点；
S4、按路径节点的生成顺序将所述多个船舶的路径节点组成船舶的行驶路径。
优选的，步骤S3中所述根据判断结果确定新的路径节点，具体包括：
若判断结果为所述船舶航行的第二节点满足预先设定的第一条件，则将所述船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点；
若判断结果为所述船舶航行的第二节点不满足预先设定的第一条件，则将所述第二节点从船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点中删除，并重复步骤S2和步骤S3，直至船舶的第二节点满足预先设定的第一条件，并将所述满足预先设定的第一条件的船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点；
其中，所述第一条件为：船舶在第二节点的角速度ω小于针对所述第二节点预先设定的第一角速度；
所述第一角速度为：第二节点所对应的船舶的航速下所支持的船舶的最大的角速度ωmax；
所述船舶在第二节点的角速度ω为基于所述第二节点以及所述第二节点相邻的上一路径节点和预先设定的船舶的航速得到。
优选的，步骤S3中所述船舶在第二节点的角速度ω由公式(1)计算得到；
公式(1)为：
Figure BDA0002561139390000031
其中，
Figure BDA0002561139390000032
其中，d(neighbor，s)表示neighbor和s之间的欧式距离；其中，neighbor为船舶第二节点，s为neighbor的相邻的上一路径节点，xneighbor和yneighbor为neighbor的经纬度坐标，xs和ys为s的经纬度坐标，v表示船舶的航速，θs表示路径节点与相邻的路径节点的角度或路径节点与相邻的船舶的起点的角度；θneighbor表示船舶第二节点与相邻的路径节点间的角度。
优选的，所述步骤S1之前还包括：
S·0、根据所述预先设定的区域的电子海图，获取船舶的可行区域和不可行区域；
所述可行区域中没有障碍物；
所述不可行区域中具有障碍物；
S·1、根据所述船舶的可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点、船舶的终点和船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点。
优选的，所述S·0包括：
S·0-1、根据所述预先设定的区域的电子海图，建立所述预先设定的区域的栅格化的地图模型；
S·0-2、读取栅格化的地图模型，获取m行乘以n列的网格地图并确定所述网格地图中可行区域和不可行区域。
优选的，所述S·1包括：
S·1-1、根据所述可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点和船舶的终点以及所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区；
S·1-2、根据所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区，获取船舶的起点与船舶的终点之间连通区内的可行节点。
优选的，所述S·1-1包括：
S·1-1-1、根据所述可行区域和不可行区域，获取第一网格和第二网格；
所述第一网格为：船舶的初始起点与其相连通的所有可行区域的网格；
所述第二网格为：船舶的初始终点与其相连通的所有可行区域的网格；
S·1-1-2、判断所述第一网格与第二网格是否有交叉；
若有，则确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区，并将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点；
若否，则重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点，并重复步骤S·1-1-1和S·1-1-2直至确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区。
优选的，所述S·1-1-1具体包括：
将船舶的起点标号为第一数字，然后以所述船舶的初始起点为起始点并以船舶的初始终点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，在所述网格地图中得到相应的多个标号为第一数字的网格节点，并将具有标号为第一数字的网格节点的网格作为第一网格；
将船舶的终点标号为第二数字，然后以所述船舶的初始终点为起始点并以船舶的初始起点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，得到相应的多个标号为第二数字的网格节点，并将具有标号为第二数字的网格节点的网格作为第二网格；
其中，第一数字与第二数字不同；
所述网格节点为网格地图中任一网格的中心点。
优选的，所述S·1-1-2具体包括：
判断所述网格地图中是否存在标号为第一数字和标号为第二数字的网格节点；
若存在，则确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区，并将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点，并获取所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区；若不存在，则重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点。
第二方面，本发明实施例提供一种基于船舶角速度限制的路径规划装置，包括：
至少一个处理单元；
以及与所述处理单元连接的至少一个存储单元；
其中所述存储单元存储有可被所述处理单元执行的程序指令，所述处理单元调用所述程序指令能够执行如上述的基于船舶角速度限制的路径规划方法。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，考虑到了船舶的最大转向角速度，采用了第一条件：船舶在第二节点的角速度ω小于与所述第二节点对应的预先设定的第一角速度，筛选出更合理的路径节点。
本发明的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法结束后，无需通过插值法、贝塞尔曲线和删除无效拐点等方式对路径做进一步优化，解决了传统基于图搜算法的无人船路径规划方法中存在的含有较大转向的路径点的问题。提高了路径规划的工作效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法流程图；
图2为本发明实施例二中采用一种基于船舶角速度限制的路径规划方法的算法流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明实施例提出的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，在进行路径规划时就引入船舶最大角速率信息。在路径规划的过程中，每次计算下一个路径点时都先根据当前的航向和到达相应邻域后的航向判断当前的角速率是否超过本船能够支持的最大角速率，进而判断该点是否可以到达。无需通过插值法、贝塞尔曲线和删除无效拐点等方式对路径做进一步优化，解决了传统基于图搜算法的无人船路径规划方法中存在的含有较大转向的路径点的问题。提高了路径规划的工作效率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本实施例提供一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，包括：
S·0、根据所述预先设定的区域的电子海图，获取船舶的可行区域和不可行区域。
所述可行区域中没有障碍物。
所述不可行区域中具有障碍物。
优选的，所述S·0包括：
根据所述预先设定的区域的电子海图，建立所述预先设定的区域的栅格化的地图模型。
读取栅格化的地图模型，获取m行乘以n列的网格地图并确定所述网格地图中可行区域和不可行区域。所述网格地图具有m×n个网格。
S·1、根据所述船舶的可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点、船舶的终点和船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点。
优选的，所述S·1包括：
根据所述可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点和船舶的终点以及所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区，具体包括：
根据所述可行区域和不可行区域，获取第一网格和第二网格；
所述第一网格为：船舶的初始起点与其相连通的所有可行区域的网格。
所述第二网格为：船舶的初始终点与其相连通的所有可行区域的网格。
本实施例中优选的，将船舶的初始起点标号为第一数字，然后以所述船舶的初始起点为起始点并以船舶的初始终点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，在所述网格地图中得到相应的多个标号为第一数字的网格节点，并将具有标号为第一数字的网格节点的网格作为第一网格。
本实施例中优选的，将船舶的初始终点标号为第二数字，然后以所述船舶的初始终点为起始点并以船舶的初始起点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，得到相应的多个标号为第二数字的网格节点，并将具有标号为第二数字的网格节点的网格作为第二网格。
其中，第一数字与第二数字不同。
所述网格节点为网格地图中任一网格的中心点。
判断所述第一网格与第二网格是否有交叉。
本实施例中优选的，判断所述网格地图中是否存在标号为第一数字和标号为第二数字的网格节点。
若存在，则确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区，并将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点，并获取所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区。
若不存在，则重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点。
根据所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区，获取船舶的起点与船舶的终点之间连通区内的可行节点。
参见图1，本实施例提供一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，还包括：
S1、针对船舶在预先设定的区域中的路径规划过程中，基于船舶的起点、船舶的终点、船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点以及所述预先设定的区域的具有m行乘以n列的网格地图，获取船舶的第一节点，并将所述船舶的第一节点作为船舶的路径节点。
所述可行节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中除船舶的起点外，船舶能够达到船舶的起点和船舶的终点的网格的中心点。
所述船舶的第一节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中船舶起点的16邻域中F值最小的可行节点。
其中，可行节点的F值为：可行节点到起点的路径耗费与可行节点到终点的路径耗费的总值。
S2、根据船舶的路径节点以及船舶的航速以及船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点，获取船舶的第二节点。本实施例中船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点就是船舶的起点与船舶的终点之间连通区内的可行节点。本实施例中连通区，其范围要小于原始背景区域，减少了本实施例中基于船舶角速度限制的路径规划方法中寻找路径节点的范围。
所述船舶的第二节点为：船舶的路径节点的16邻域中F值最小的可行节点。
S3、判断所述船舶的第二节点是否满足预先设定的第一条件，根据判断结果确定新的路径节点。
若判断结果为所述船舶航行的第二节点满足预先设定的第一条件，则将所述船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点。
若判断结果为所述船舶航行的第二节点不满足预先设定的第一条件，则将所述第二节点从船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点中删除，并重复步骤S2和步骤S3，直至船舶的第二节点满足预先设定的第一条件，并将所述满足预先设定的第一条件的船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点。
其中，所述第一条件为：船舶在第二节点的角速度ω小于针对所述第二节点预先设定的第一角速度。
所述与第二节点对应的预先设定的第一角速度为：第二节点所对应的船舶的航速下所支持的船舶的最大的角速度ωmax。
所述船舶在第二节点的角速度ω为基于所述第二节点以及所述第二节点相邻的上一路径节点和预先设定的船舶的航速得到。
S4、按路径节点的生成顺序将所述多个船舶的路径节点组成船舶的行驶路径。
优选的，所述船舶在第二节点的角速度ω由公式(1)计算得到；
公式(1)为：
Figure BDA0002561139390000101
其中，
Figure BDA0002561139390000102
其中，d(neighbor，s)表示neighbor和s之间的欧式距离；其中，neighbor为船舶第二节点，s为neighbor的相邻的上一路径节点，xneighbor和yneighbor为neighbor的经纬度坐标，xs和ys为s的经纬度坐标，v表示船舶的航速，θs表示路径节点与相邻的路径节点的角度或路径节点与相邻的船舶的起点的角度；θneighbor表示船舶第二节点与相邻的路径节点间的角度。
另一方面，本实施例还提供一种基于船舶角速度限制的路径规划装置，包括：
至少一个处理单元；
以及与所述处理单元连接的至少一个存储单元；
其中所述存储单元存储有可被所述处理单元执行的程序指令，所述处理单元调用所述程序指令能够执行如上述的基于船舶角速度限制的路径规划方法。
根据本实施例中的方法进行无人船的全局路径规划，在路径规划结束后，无需通过插值法、贝塞尔曲线和删除无效拐点等方式对路径做进一步优化，解决了传统基于图搜算法的无人船路径规划方法中存在的含有较大转向的路径点的问题。
由于每一个路径点的规划都考虑到了船舶的最大转向角速率，因此，本实施例提供的方法规划出的路线更加符合实际的船舶航行情况。
实施例二
参见图2，本实施例二中采用一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，包括：
在本实施例二的准备阶段，一种基于船舶角速度限制的路径规划方法预先进行S0步骤，根据所述预先设定的区域的电子海图，获取船舶的可行区域和不可行区域。
所述可行区域中没有障碍物。
所述不可行区域中具有障碍物。
根据所述船舶的可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点、船舶的终点和船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点。
其中，步骤S0具体包括：步骤1至步骤5。
步骤1：设备初始化。
步骤2：读入预先设定的区域的电子海图以及船舶的初始状态(初始船舶航向、航速、船舶的初始起点、船舶的初始终点)。
步骤3：根据导入的电子海图参数，建立栅格化的网格地图。读取栅格化的地图环境，将地图上的障碍物信息(坐标点)存储到障碍物列表当中，同时将网格地图划分成可行区域以及不可行区域。
步骤4：初始化openlist和closedlist两个空列表，openlist列表用于存储待判断航路点(集合内节点有待进一步探索扩展)，closedlist列表用于存储已判断为船舶的路径节点。
也就是说，openlist列表存储的是待判断的可行的路径节点，closedlist存储的是最终得到的路径节点，其起始状态即包含船舶的起点与船舶的终点。
步骤5：判断船舶的初始起点和船舶的初始终点是否在同一连通区，若不在，说明船舶的初始起点和船舶的初始终点之间无可行路线，返回步骤2，重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点，若在，则将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点，然后进行下一步骤。
其中，判断船舶的初始起点和船舶的初始终点是否在同一连通区域采用宽度优先搜索算法，将船舶的初始起点与其相连通的所有可行区域的网格进行统一编号，将船舶的初始终点与其相连通的所有可行区域的网格进行统一编号，若两者的可行区域有交叉，则它们的编号将一致，说明有可行路线；若两者的可行区域无交叉，则它们的编号将不同，说明无可行路线。
具体方法是将船舶的初始起点和船舶的初始终点分别编号为1和2，然后分别以船舶的初始起点和船舶的初始终点为起始点然后采用dijksta算法进行泛洪填充，即寻找所有船舶的初始起点与船舶的初始终点可到达的网格节点并赋予他们相同的编号，然后遍历所有网格节点，寻找是否存在具有两个编号的网格节点，若存在说明船舶的初始起点与船舶的初始终点之间有可行路径，否则说明船舶的初始起点与船舶的初始终点不可达。
完成步骤1至步骤5之后，进行步骤S1处理，步骤S1针对船舶在预先设定的区域中的路径规划过程中，基于船舶的起点、船舶的终点、船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点以及所述预先设定的区域的具有m行乘以n列的网格地图，获取船舶的第一节点，并将所述船舶的第一节点作为船舶的路径节点。其中所述可行节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中除船舶的起点外，船舶能够达到船舶的起点和船舶的终点的网格的中心点。所述船舶的第一节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中船舶起点的16邻域中F值最小的可行节点。
参见图2，本实施例二中采用一种基于船舶角速度限制的路径规划方法的上述步骤S1具体的处理包括：
步骤6：节点列表更新：将步骤2中获得的船舶的起点加入openlist列表中；将步骤5中遍历得到的所有含有两个编号的路径节点均加入openlist之中。
同上，S1获取船舶的第一节点，并将所述船舶的第一节点作为船舶的路径节点之后，在步骤S2中根据船舶的路径节点以及船舶的航速以及船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点，获取船舶航行的第二节点。其中所述船舶航行的第二节点为：船舶的路径节点的16邻域中F值最小的可行节点，其中可行节点的F值为：可行节点到起点的路径耗费与可行节点到终点的路径耗费的总值。
然后，在S3中判断所述船舶的第二节点是否满足预先设定的第一条件，根据判断结果确定新的路径节点。
若判断结果为所述船舶航行的第二节点满足预先设定的第一条件，则将所述船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点。若判断结果为所述船舶航行的第二节点不满足预先设定的第一条件，则将所述第二节点从船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点中删除，并重复步骤S2和步骤S3，直至船舶的第二节点满足预先设定的第一条件，并将所述满足预先设定的第一条件的船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点。
其中，所述第一条件为：船舶在第二节点的角速度ω小于针对所述第二节点预先设定的第一角速度。所述与第二节点对应的预先设定的第一角速度为：第二节点所对应的船舶的航速下所支持的船舶的最大的角速度ωmax。
所述船舶在第二节点的角速度ω为基于所述第二节点以及所述第二节点相邻的上一路径节点和预先设定的船舶的航速得到。
本实施例中步骤S3中所述船舶在第二节点的角速度由公式(1)计算得到；
公式(1)为：
Figure BDA0002561139390000141
其中，
Figure BDA0002561139390000142
其中，d(neighbor，s)表示neighbor和s之间的欧式距离；其中，neighbor为船舶第二节点，s为neighbor的相邻的上一路径节点，xneighbor和yneighbor为neighbor的经纬度坐标，xs和ys为s的经纬度坐标，v表示船舶的航速，θs表示路径节点与相邻的路径节点的角度或路径节点与相邻的船舶的起点的角度；θneighbor表示船舶第二节点与相邻的路径节点间的角度。
参见图2，本实施例二中采用一种基于船舶角速度限制的路径规划方法的上述步骤S2和步骤S3所对应的处理，包括：
步骤7：依次寻找openlist列表中每一个被确定为船舶的路径节点(其中，第一个船舶的路径节点为船舶的起点)所对应的第二节点，第二节点为船舶的路径节点的16邻域中F值最小的点；具体为遍历openlist列表中的船舶路径节点的16邻域，找到F值最小的点，将它设为第二节点。F代表路径的总代价，其值等于G值与H值求和，G值表示从船舶的起点到当前节点的路径耗费，H值代表当前节点到船舶的终点(不考虑障碍物)的路径耗费。
步骤8：判断步骤7中得到的第二节点是否为船舶的终点，如果是，则进行路径输出，否则，继续执行步骤9。
步骤9：将步骤7中找到的当前第二节点将其从openlist列表移除。
步骤10：计算第二节点与所对应的路径节点间的角速度关系，根据公式(1)计算得到第二节点的角速度；
公式(1)为：
Figure BDA0002561139390000151
其中，
Figure BDA0002561139390000152
其中，d(neighbor，s)表示neighbor和s之间的欧式距离；其中，neighbor为船舶第二节点，s为neighbor的相邻的上一路径节点，xneighbor和yneighbor为neighbor的经纬度坐标，xs和ys为s的经纬度坐标，v表示船舶的航速，θs表示路径节点与相邻的路径节点的角度或路径节点与相邻的船舶的起点的角度；θneighbor表示船舶第二节点与相邻的路径节点间的角度。
步骤11：判断第二节点的角速度ω与预先设定的第二节点的最大角速度ωmax的大小。若小于则执行步骤11；否则，返回步骤7重新获取新的第二节点。
最后，在S4中按路径节点的生成顺序将所述多个船舶的路径节点组成船舶的行驶路径。
参见图2，本实施例二中采用一种基于船舶角速度限制的路径规划方法的上述步骤S4进行的处理，包括：
步骤12：将得到的第二节点列入到closedlist列表之中，然后返回步骤7，继续寻找下一个船舶的路径节点。
步骤13：路径输出，将closedlist列表中的路径节点输出，即为本方法寻找到的最终路径。
根据本实施例二中的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，在路径规划结束后，无需通过插值法、贝塞尔曲线和删除无效拐点等方式对路径做进一步优化，解决了传统基于图搜算法的无人船路径规划方法中存在的含有较大转向的路径点的问题。
由于每一个路径节点的规划都考虑到了船舶的最大转向角速率，因此，本实施例二提供的方法规划出的路线更加符合实际的船舶航行情况。
本实施例二中的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法可采用A-star算法、Theta-star算法或者D-star算法等其他基于图搜的最短路径规划算法进行处理。
综上所述，本发明的一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，考虑到了船舶的最大转向角速度，通过采用第一条件(船舶在第二节点的角速度ω小于与所述第二节点对应的预先设定的第一角速度)的限制，筛选出更合理的路径节点。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于船舶角速度限制的路径规划方法，其特征在于，包括：
S1、针对船舶在预先设定的区域中的路径规划过程中，基于船舶的起点、船舶的终点、船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点以及所述预先设定的区域的具有m行乘以n列的网格地图，获取船舶航行的第一节点，并将所述船舶航行的第一节点作为船舶的路径节点；
所述可行节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中除船舶的起点外，船舶能够达到船舶的起点和船舶的终点的网格的中心点；
所述船舶航行的第一节点为：在所述预先设定的区域的网格地图中船舶的起点的16邻域中F值最小的可行节点；
S2、根据船舶的路径节点以及船舶的航速以及船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点，获取船舶航行的第二节点；
所述船舶航行的第二节点为：船舶的路径节点的16邻域中F值最小的可行节点，其中可行节点的F值为可行节点到起点的路径耗费与可行节点到终点的路径耗费的总值；
S3、判断所述船舶航行的第二节点是否满足预先设定的第一条件，根据判断结果确定新的路径节点；
S4、按路径节点的生成顺序将所述多个船舶的路径节点组成船舶的行驶路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述根据判断结果确定新的路径节点，具体包括：
若判断结果为所述船舶航行的第二节点满足预先设定的第一条件，则将所述船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点；
若判断结果为所述船舶航行的第二节点不满足预先设定的第一条件，则将所述第二节点从船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点中删除，并重复步骤S2和步骤S3，直至船舶的第二节点满足预先设定的第一条件，并将所述满足预先设定的第一条件的船舶的第二节点作为新的船舶的路径节点；
其中，所述第一条件为：船舶在第二节点的角速度ω小于针对所述第二节点预先设定的第一角速度；
所述第一角速度为：第二节点所对应的船舶的航速下所支持的船舶的最大的角速度ωmax；
所述船舶在第二节点的角速度ω为基于所述第二节点以及所述第二节点相邻的上一路径节点和预先设定的船舶的航速得到。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述船舶在第二节点的角速度ω由公式(1)计算得到；
公式(1)为：
Figure FDA0002561139380000021
其中，
Figure FDA0002561139380000022
其中，d(neighbor，s)表示neighbor和s之间的欧式距离；其中，neighbor为船舶第二节点，s为neighbor的相邻的上一路径节点，xneighbor和yneighbor为neighbor的经纬度坐标，xs和ys为s的经纬度坐标，v表示船舶的航速，θs表示路径节点与相邻的路径节点的角度或路径节点与相邻的船舶的起点的角度；θneighbor表示船舶第二节点与相邻的路径节点间的角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
S·0、根据所述预先设定的区域的电子海图，获取船舶的可行区域和不可行区域；
所述可行区域中没有障碍物；
所述不可行区域中具有障碍物；
S·1、根据所述船舶的可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点、船舶的终点和船舶的起点与船舶的终点之间的可行节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S·0包括：
S·0-1、根据所述预先设定的区域的电子海图，建立所述预先设定的区域的栅格化的地图模型；
S·0-2、读取栅格化的地图模型，获取m行乘以n列的网格地图并确定所述网格地图中可行区域和不可行区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S·1包括：
S·1-1、根据所述可行区域、不可行区域以及预先设定的船舶的初始起点和船舶的初始终点，确定船舶的起点和船舶的终点以及所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区；
S·1-2、根据所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区，获取船舶的起点与船舶的终点之间连通区内的可行节点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S·1-1包括：
S·1-1-1、根据所述可行区域和不可行区域，获取第一网格和第二网格；
所述第一网格为：船舶的初始起点与其相连通的所有可行区域的网格；
所述第二网格为：船舶的初始终点与其相连通的所有可行区域的网格；
S·1-1-2、判断所述第一网格与第二网格是否有交叉；
若有，则确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区，并将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点；
若否，则重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点，并重复步骤S·1-1-1和S·1-1-2直至确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S·1-1-1具体包括：
将船舶的起点标号为第一数字，然后以所述船舶的初始起点为起始点并以船舶的初始终点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，在所述网格地图中得到相应的多个标号为第一数字的网格节点，并将具有标号为第一数字的网格节点的网格作为第一网格；
将船舶的终点标号为第二数字，然后以所述船舶的初始终点为起始点并以船舶的初始起点为结束点，采用dijksta算法进行泛洪填充，得到相应的多个标号为第二数字的网格节点，并将具有标号为第二数字的网格节点的网格作为第二网格；
其中，第一数字与第二数字不同；
所述网格节点为网格地图中任一网格的中心点。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S·1-1-2具体包括：
判断所述网格地图中是否存在标号为第一数字和标号为第二数字的网格节点；
若存在，则确定所述船舶的初始起点和船舶的初始终点在同一连通区，并将所述船舶的初始起点作为船舶的起点，船舶的初始终点作为船舶的终点，并获取所述船舶的起点和船舶的终点之间的连通区；
若不存在，则重新设置船舶的初始起点和船舶的初始终点。
10.一种基于船舶角速度限制的路径规划装置，其特征在于，包括：
至少一个处理单元；
以及与所述处理单元连接的至少一个存储单元；
其中所述存储单元存储有可被所述处理单元执行的程序指令，所述处理单元调用所述程序指令能够执行如权利要求1-9任一项所述的基于船舶角速度限制的路径规划方法。
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