CN112945234A - 一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法 - Google Patents

一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法及系统，涉及人工智能技术领域，包括获取车辆的属性值及其对应的健康能力因素值；采用综合加权的方法对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点坐标、终点坐标以及起点至终点之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型；分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离；分别将每一位于起点至终点之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离；根据绕行区域安全距离和车辆安全距离智能确定绕行路径，获得车辆行驶路径。本发明提高了任务有效性，具有自主性高、快速灵活的优点。

Description

一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，具体涉及一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法及系统。
背景技术
战场环境瞬息万变，车辆不仅需要被时刻关注着其健康状态，健康状态一般包括人员状况、设备状态、剩余燃油情况以及物资情况等多方面内容，还需要被时刻关注着野外环境中出现的障碍物、禁止通行区域等在行驶路径中需要绕行的障碍，据此进行适时的避障路线规划。只有在上述两种条件都满足的情况下，作为战场应用，才能保证车辆到达目的地后满足战地所需，否则要么由于车辆不满足健康状态的情况而无法满足战地所需，要么由于避障不能实时有效而无法及时到达目的地。
但是，目前的避障方法无法满足上述需求。例如，专利201811189513.6中公开了一种实时避障的方法，该方法中机器人每一步的移动方向是根据经验值从不同方位角选取四个方向的离散点，进而计算得到下一步运动方向，因而无法获得精准连续的规划路径。
文献B.K.Patle,D.R.K.Parhi,A.Jagadeesh,and S.K.Kashyap,“Application ofprobability to enhance the performance of fuzzy based mobile robotnavigation.”Applied Soft Computing Journal,vol.75,pp.265–283,2019中提出了一种基于概率和模糊逻辑的路径规划算法，应用于移动机器人。模糊逻辑算法参考人的驾驶经验，通过查表得到规划信息，实现局部路径规划。但是该方法是分段式的查表无法获得最优解，存在自主性较差等的缺点。并且上述两种方法均不能适用于战地环境，解决评价车辆健康状态的问题。
发明内容
因此，为了克服上述缺陷，本发明实施例提供一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法及系统。
本发明实施例的一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车辆的属性值Oi，i＝1,2,…,n，构成属性集O＝{O1,O2,…,On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；
当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型，绕行区域边界的函数表达式为
Figure BDA0002913274160000021
Figure BDA0002913274160000022
l＝1,2,…,n，(xi,yi)为绕行区域边界上的点的坐标；
分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离αk，k＝1,2,…,m，获得绕行边界
Figure BDA0002913274160000023
l＝1,2,…,n，(xj,yj)为绕行边界上的点的坐标；
分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000024
p＝1,2,…,s，s≤n，(xu,yu)为绕行路径边界上的点的坐标；
分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界；
当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，判断每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000025
p＝1,2,…,s周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
当每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000026
p＝1,2,…,s与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
优选地，所述根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级的步骤包括：
获取p组属性集Ok，k＝1,2,…,p中任意两个元素的重要程度关系；
按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1,2,…,p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1,2,…,n，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000031
其中，
Figure BDA0002913274160000032
Figure BDA0002913274160000033
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1,2,…,n，计算获得车辆健康能力评估值σ；
将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
优选地,所述方法还包括以下步骤：
当任一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000034
p＝1,2,…,s周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，获得一条新的绕行路径边界；
将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
优选地,所述方法还包括以下步骤：
当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的任一绕行路径边界存在与之相交的绕行路径边界时，将所述任一绕行路径边界和与之相交的绕行路径边界在交点处连接，形成一条新的绕行路径边界；
判断每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000041
p＝1,2,…,s周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
当每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000042
p＝1,2,…,s与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
优选地,所述方法还包括以下步骤：
当任一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000043
p＝1,2,…,s周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，获得一条新的绕行路径边界；
将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
优选地,所述方法还包括以下步骤：
判断绕行路径的终止点是否超过终点Posdestination；
当绕行路径的终止点超过终点Posdestination时，从绕行路径的终止点到终点Posdestination的连线方向上反向继续规划路径。
优选地,所述方法还包括以下步骤：
调用地图绘制接口，绘制车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
本发明实施例的一种基于健康状态的野外条件下路径规划系统，包括：
车辆属性值和健康能力因素值获取单元，用于获取车辆的属性值Oi，i＝1,2,…,n，构成属性集O＝{O1,O2,…,On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
地图获取单元，用于获取待路径规划区域的地理信息；
健康能力评估单元，用于根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
路径规划单元，用于根据待路径规划区域的地理信息和健康能力评估等级获得车辆行驶路径。
优选地，所述健康能力评估单元包括：
重要程度关系获取单元，用于获取p组属性集Ok，k＝1,2,…,p中任意两个元素的重要程度关系；
二元对比定型排序一致性标度矩阵获得单元，用于按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1,2,…,p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
属性值权重获得单元，用于根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1,2,…,n，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000051
其中，
Figure BDA0002913274160000052
Figure BDA0002913274160000053
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
健康能力评估值获得单元，用于根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1,2,…,n，计算获得车辆健康能力评估值σ；
健康能力评估等级获得单元，用于将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
优选地，所述路径规划单元包括：
第一判断单元，用于判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；
绕行区域边界及类型获取单元，用于当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型；
第一外扩单元，用于分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离α，k＝1,2,…,m，获得绕行边界
Figure BDA0002913274160000061
l＝1,2,…,n，(xj,yj)为绕行边界上的点的坐标；
第二外扩单元，用于分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000062
Figure BDA0002913274160000063
p＝1,2,…,s，s≤n，(xu,yu)为绕行路径边界上的点的坐标；
第二判断单元，用于分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界；
第三判断单元，用于当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，判断每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000064
p＝1,2,…,s周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
车辆行驶路径获得单元，用于当每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000065
p＝1,2,…,s与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，起始点和终止点将绕行路径边界划分为较长和较短绕行路径边界，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
本发明实施例的技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的基于健康状态的野外条件下路径规划系统，通过对车辆的健康能力进行评估，从而保证车辆通过避障及时到达目的地后能满足战地所需，提高了任务有效性。并且在路径规划时通过设置绕行区域安全距离和车辆安全距离，将区域安全因素和车辆安全因素区别开来，分别引入避障路径规划，提高了路径规划的灵活性、自主性，更加提高了安全保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1中基于健康状态的野外条件下路径规划方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例1中简单场景下的路径规划情形图；
图3为本发明实施例1中简单场景下无需边界合并的路径规划情形图；
图4为本发明实施例1中复杂场景下需边界合并的路径规划情形图；
图5为本发明实施例1中绕行路径的终止点超过终点的路径规划情形图；
图6为本发明实施例2中基于健康状态的野外条件下路径规划系统的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。
此外，本说明书中的某些图式是用于例示方法的流程图。应了解，这些流程图中的每一个方块、及这些流程图中方块的组合可通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可加载至一计算机或其他可编程的设备上来形成一机器，以使在所述计算机或其他可编程设备上执行的指令形成用于实施在所述流程图方块中所规定功能的结构。这些计算机程序指令也可储存于一计算机可读存储器中，所述计算机可读存储器可指令一计算机或其他可编程设备以一特定方式工作，以使储存于所述计算机可读存储器中的指令形成一包含用于实施在所述流程图方块中所规定功能的指令结构的制品。所述计算机程序指令也可加载至一计算机或其他可编程设备上，以便在所述计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤来形成一由计算机实施的过程，从而使在所述计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施在所述流程图方块中所规定功能的步骤。
相应地，各流程图中的方块支持用于执行所规定功能的结构的组合及用于执行所规定功能的步骤的组合。还应了解，所述流程图中的每一个方块、及所述流程图中方块的组合可由执行所规定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统、或者专用硬件与计算机指令的组合来实施。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法，如图1所示，包括以下步骤：
S001、获取车辆的属性值Oi，i＝1,2,…,n，构成属性集O＝{O1,O2,…,On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
S002、根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
优选地，步骤S002具体包括以下步骤：
S21、获取p组属性集Ok，k＝1,2,…,p中任意两个元素的重要程度关系；
优选地，p组属性集Ok中任意两个元素的重要程度关系可由领域专家给出，也可参考历史数据概括得出，或者本领域的技术人员也可通过其他任何能计算获得的方式得出。
S22、按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1,2,…,p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
优选地，二元对比定型排序原理如下：
对属性集O中任意两个元素Oi,Ok∈O关于模糊概念“重要性”做两两比较，规定若Oi比Ok重要，则uik＝1,uki＝0；若Oi与Ok同样重要，则uik＝uki＝0.5；若Ok比Oi重要,uik＝0,uki＝1；这里uik刻画属性集O关于重要性的定型排序，故称为定型排序标度。因此，可构成二元定型排序标度矩阵为
u＝(uik)m×m
这里uik仅在0，0.5与1中取值且满足：
Figure BDA0002913274160000091
u为二元对比定型排序一致性标度矩阵的充分必要条件是
Figure BDA0002913274160000092
将u中的各行元素值之和记为
Figure BDA0002913274160000093
u的各行元素值之和si由大到小排序可确定出属性集O关于重要性的一致性排序。
S23、根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1,2,…,n，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000094
其中，
Figure BDA0002913274160000095
Figure BDA0002913274160000096
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
S24、根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1,2,…,n，计算获得车辆健康能力评估值σ，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000101
S25、将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
优选地，属性集O＝{O1,O2,O3,O4}＝{人员状况,设备状态,剩余燃油情况,物资情况}，对应的健康能力因素值分别记为f1，f2，f3，f4；当能力满配时，应该满足：
Figure BDA0002913274160000102
其中，∑wi＝1。
优选地，人员状况对应的健康能力因素值f1根据所配人员的正常、轻伤、重伤(含死亡)状况来确定，可由领域专家给出，也可参考历史数据概括得出，或者本领域的技术人员也可通过其他任何能计算获得的方式得出。健康能力因素值f1的一种具体示例如下表所示：
Figure BDA0002913274160000103
Figure BDA0002913274160000111
设备状态对应的健康能力因素值f2根据按照功能划分出的子系统的故障状态影响因子值来确定，按照功能一般可划分为12个子系统，分别是行动系统、定位装置、发动机系统、传动系统、强光防御系统、灭火抑爆系统、三防系统、作业系统1、作业系统2、观察系统、电源电气系统1、电源电气系统2。各个子类的影响因子值可由领域专家给出，也可参考历史数据概括得出，或者本领域的技术人员也可通过其他任何能计算获得的方式得出。健康能力因素值f2为各个子系统影响因子值的平均值：
Figure BDA0002913274160000112
其中，εi为第i个子系统的故障状态影响因子值。
12个子系统的影响因子值的一种具体示例如下表所示：
Figure BDA0002913274160000113
Figure BDA0002913274160000121
Figure BDA0002913274160000131
剩余燃油情况对应的健康能力因素值f3根据当前燃油剩余量和最大燃油量来确定，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000132
其中，Fuelcur是当前燃油剩余量，Fuelmax最大燃油量。
物资情况对应的健康能力因素值f4根据所应对不同任务和工作环境的物资携带情况来确定，为完成指定工作需要一系列物资Materiali，i＝1,2,…,n，对于这一系列物资最大携带能力为
Figure BDA0002913274160000133
i＝1,2,…,n，这一系列物资的剩余量为
Figure BDA0002913274160000134
i＝1,2,…,n。
假设进行某工作时，所需相关物资为Materiali，i＝1,2,…,6，物资最大携带能力为
Figure BDA0002913274160000135
i＝1,2,…,6，物资的剩余量为
Figure BDA0002913274160000136
i＝1,2,…,6，则物资情况对应的健康能力因素值f4计算如下：
Figure BDA0002913274160000137
优选地，以山地作业场景为例，人员状况、设备状态、剩余燃油情况以及物资情况这4个参数属于同一层次，重要程度“大”与“小”是相互独立的模糊概念。由领域专家分别对人员配置(O1)、设备状态(O2)、燃油情况(I3)以及物资情况(I4)重要性进行判断，给出二元对比定型排序一致性标度矩阵，分别为
Figure BDA0002913274160000138
Figure BDA0002913274160000139
Figure BDA0002913274160000141
对E1各行元素值求和可得
Figure BDA0002913274160000142
Figure BDA0002913274160000143
O1,I2,O3,O4的一致性排序为O4>O2>O3>O1。
对E2各行元素值求和可得
Figure BDA0002913274160000144
Figure BDA0002913274160000145
O1,O2,O3,O4的一致性排序为O2＝O3＝O4>O1。
对E3各行元素值求和可得
Figure BDA0002913274160000146
Figure BDA0002913274160000147
I1,O2,O3,O4的一致性排序为O2＝O3＝O4>O1。
根据权重ωi的计算公式进行计算，获得人员状况、设备状态、剩余燃油情况以及物资情况的权重分别为
(w1,w2,w3,w4)T＝(0.0556,0.2778,0.2778,0.3889)T；
车辆健康能力评估值σ为：
Figure BDA0002913274160000148
根据预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围，得出健康能力评估值σ所处范围，获得健康能力评估等级。
一种具体示例的预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围如下表所示：
Figure BDA0002913274160000149
S003、判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，进入步骤S004；当健康能力评估等级没有达到预设评估等级时，生成指令使车辆按照已行驶路径进行原路返航或者停止继续向前行驶，原地待命；
S004、获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型，绕行区域边界的函数表达式为
Figure BDA0002913274160000151
l＝1,2,…,n，(xi,yi)为绕行区域边界上的点的坐标，绕行区域类型包括障碍物类型和禁止通行区域类型，障碍物类型包括断崖、沼泽、河流等，禁止通行区域类型包括试验区域、军事禁区、生化污染区等，共有n个绕行区域；优选地，直线连线周边一定范围可根据实际地理环境确定，例如，山地情况下可设为直线连线周边辐射5km范围，平原情况下可设为直线连线周边辐射1km范围。
S005、分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离αk，k＝1,2,…,m，获得绕行边界
Figure BDA0002913274160000152
l＝1,2,…,n，(xj,yj)为绕行边界上的点的坐标，绕行区域安全距离αk与绕行区域类型一一对应，共有m种绕行区域类型，相应地，共有m个与其对应的绕行区域安全距离；与绕行区域类型一一对应的绕行区域安全距离αk可由领域专家给出，也可参考历史数据概括得出，或者本领域的技术人员也可通过其他任何能计算获得的方式得出。
S006、分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000153
p＝1,2,…,s，s≤n，(xu,yu)为绕行路径边界上的点的坐标；优选地，车辆安全距离β为车辆外形轮廓的外接圆的半径，或者本领域的技术人员也可根据车辆外形尺寸在保证车辆行驶安全的前提下采用其他方式得到。
S007、分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界，即判断绕行路径边界所围危险区域是否有重叠交叉现象；当存在时，即属于复杂场景下的路径规划情形，进入步骤S011；当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，即属于简单场景下的路径规划情形，进入步骤S008；
S008、判断每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000154
p＝1,2,…,s周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；当任一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000155
p＝1,2,…,s周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，即车辆无法通过最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的两相邻的绕行路径边界和绕行边界，或者两相邻的绕行路径边界，需进行边界合并，进入步骤S010；当每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000161
p＝1,2,…,s与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，进入步骤S009；
S009、将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，起始点和终止点将绕行路径边界划分为较长和较短绕行路径边界，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径；当车辆按起点Posinit至终点Posdestination方向的射线行驶遇到绕行区域时，射线被隔断车辆需绕行，车辆按绕行路径行驶，绕过绕行区域后再继续按起点Posinit至终点Posdestination方向的射线行驶。
如图2所示，属于简单场景下的路径规划情形，在起点Posinit至终点Posdestination方向的射线上有绕行路径边界1和绕行路径边界2，车辆行驶路径为起点Posinit至点A的射线段、点A至点B的较短曲线、点B至点C的射线段、点C至点D的较短曲线、点D至终点Posdestination的射线段，即图中箭头所示路径。
如图3所示，属于简单场景下无需边界合并的路径规划情形，车辆行驶路径与图2中的相同，即图中箭头所示路径。
S010、将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，在每最小距离处左右两边附近增加两条边界进行连通，获得一条新的绕行路径边界，将最小距离处附近的原两段边界均包围在新的绕行路径边界内；之后再进入步骤S009。
S011、当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的任一绕行路径边界存在与之相交的绕行路径边界时，将所述任一绕行路径边界和与之相交的绕行路径边界在交点处连接，形成一条新的绕行路径边界；之后再进入步骤S008。
如图4所示，属于复杂场景下需边界合并的路径规划情形，在起点Posinit至终点Posdestination方向的射线上有绕行路径边界3、绕行路径边界4和绕行路径边界5，由于绕行路径边界3和绕行路径边界4相交，所围区域重叠，所以将该两条绕行路径边界在交点G、H处连接，获得一条新的绕行路径边界。再由于绕行边界1和绕行路径边界3之间的最小距离小于两倍车辆安全距离β，将绕行边界1和绕行路径边界3进行边界合并，将点I、J弧线连接，将点K、L弧线连接，又重新获得一条新的绕行路径边界。由于绕行边界2和绕行路径边界5之间的最小距离小于两倍车辆安全距离β，将绕行边界2和绕行路径边界5进行边界合并，将点O、P弧线连接，将点Q、R弧线连接，获得一条新的绕行路径边界。车辆行驶路径为起点Posinit至点E的射线段、依次经点E、G、H、F的曲线、点F至点M的射线段、点M至点N的较短曲线、点F至终点Posdestination的射线段，即图中箭头所示路径。
优选地，基于健康状态的野外条件下路径规划方法还包括以下步骤：
S012、判断绕行路径的终止点是否超过终点Posdestination；当绕行路径的终止点超过终点Posdestination时，即绕行路径的终止点在起点Posinit至终点Posdestination的连线方向的射线上，进入步骤S013；当绕行路径的终止点未达到终点Posdestination时，继续向前规划路径；
S013、从绕行路径的终止点到终点Posdestination的连线方向上反向继续规划路径，如图5中箭头所示路径，车辆行驶路径为起点Posinit至点S的射线段、点S至终止点T的曲线、终止点T返回至终点Posdestination的射线段。
优选地，基于健康状态的野外条件下路径规划方法还包括以下步骤：
S014、调用地图绘制接口，绘制车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
上述基于健康状态的野外条件下路径规划方法，通过对车辆的健康能力进行评估，从而保证车辆通过避障及时到达目的地后能满足战地所需，提高了任务有效性。并且在路径规划时通过设置绕行区域安全距离和车辆安全距离，将区域安全因素和车辆安全因素区别开来，分别引入避障路径规划，提高了路径规划的灵活性，更加提高了安全保障。
实施例2
本实施例提供一种基于健康状态的野外条件下路径规划系统，可用于实施上述实施例1的基于健康状态的野外条件下路径规划方法，如图6所示，包括：
车辆属性值和健康能力因素值获取单元1，用于获取车辆的属性值Oi，i＝1,2,…,n，构成属性集O＝{O1,O2,…,On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
地图获取单元2，用于获取待路径规划区域的地理信息；
健康能力评估单元3，用于根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
路径规划单元4，用于根据待路径规划区域的地理信息和健康能力评估等级获得车辆行驶路径。
优选地，健康能力评估单元3包括：
重要程度关系获取单元，用于获取p组属性集Ok，k＝1,2,…,p中任意两个元素的重要程度关系；
二元对比定型排序一致性标度矩阵获得单元，用于按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1,2,…,p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
属性值权重获得单元，用于根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1,2,…,n，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000181
其中，
Figure BDA0002913274160000182
Figure BDA0002913274160000183
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
健康能力评估值获得单元，用于根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1,2,…,n，计算获得车辆健康能力评估值σ，计算公式为：
Figure BDA0002913274160000184
健康能力评估等级获得单元，用于将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
优选地，路径规划单元4包括：
第一判断单元，用于判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；
绕行区域边界及类型获取单元，用于当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型；
第一外扩单元，用于分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离αk，k＝1,2,…,m，获得绕行边界
Figure BDA0002913274160000191
l＝1,2,…,n，(xj,yj)为绕行边界上的点的坐标；
第二外扩单元，用于分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000192
Figure BDA0002913274160000193
p＝1,2,…,s，s≤n，(xu,yu)为绕行路径边界上的点的坐标；
第二判断单元，用于分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界；
第三判断单元，用于当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，判断每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000194
p＝1,2,…,s周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
车辆行驶路径获得单元，用于当每一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000195
p＝1,2,…,s与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，起始点和终止点将绕行路径边界划分为较长和较短绕行路径边界，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
优选地，在第二判断单元和第三判断单元之间还包括：边界连接单元，用于当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的任一绕行路径边界存在与之相交的绕行路径边界时，将所述任一绕行路径边界和与之相交的绕行路径边界在交点处连接，形成一条新的绕行路径边界。
优选地，在第三判断单元和车辆行驶路径获得单元之间还包括：边界合并单元，用于当任一绕行路径边界
Figure BDA0002913274160000201
p＝1,2,…,s周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，获得一条新的绕行路径边界。
优选地，基于健康状态的野外条件下路径规划系统还包括：
第四判断单元，用于判断绕行路径的终止点是否超过终点Posdestination；
反向路径规划单元，用于当绕行路径的终止点超过终点Posdestination时，从绕行路径的终止点到终点Posdestination的连线方向上反向继续规划路径。
优选地，基于健康状态的野外条件下路径规划系统还包括：
地图标绘单元，用于调用地图绘制接口，绘制车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
上述基于健康状态的野外条件下路径规划系统，通过对车辆的健康能力进行评估，从而保证车辆通过避障及时到达目的地后能满足战地所需，提高了任务有效性。并且在路径规划时通过设置绕行区域安全距离和车辆安全距离，将区域安全因素和车辆安全因素区别开来，分别引入避障路径规划，提高了路径规划的灵活性，更加提高了安全保障。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于健康状态的野外条件下路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车辆的属性值Oi，i＝1，2，…，n，构成属性集O＝{O1，O2，…，On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；
当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型，绕行区域边界的函数表达式为
Figure FDA0002913274150000011
Figure FDA0002913274150000012
(xi，yi)为绕行区域边界上的点的坐标；
分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离αk，k＝1，2，…，m，获得绕行边界
Figure FDA0002913274150000013
(xj，yj)为绕行边界上的点的坐标；
分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000014
s≤n，(xu，yu)为绕行路径边界上的点的坐标；
分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界；
当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，判断每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000015
周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
当每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000016
与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级的步骤包括：
获取p组属性集Ok，k＝1，2，…，p中任意两个元素的重要程度关系；
按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1，2，…，p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1，2，…，n，计算公式为：
Figure FDA0002913274150000021
其中，
Figure FDA0002913274150000022
Figure FDA0002913274150000023
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1，2，…，n，计算获得车辆健康能力评估值σ；
将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当任一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000024
周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，获得一条新的绕行路径边界；
将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的任一绕行路径边界存在与之相交的绕行路径边界时，将所述任一绕行路径边界和与之相交的绕行路径边界在交点处连接，形成一条新的绕行路径边界；
判断每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000031
周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
当每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000032
与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当任一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000033
周围存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界时，将最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界均与所述任一绕行路径边界进行边界合并，获得一条新的绕行路径边界；
将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
判断绕行路径的终止点是否超过终点Posdestination；
当绕行路径的终止点超过终点Posdestination时，从绕行路径的终止点到终点Posdestination的连线方向上反向继续规划路径。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
调用地图绘制接口，绘制车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
8.一种基于健康状态的野外条件下路径规划系统，其特征在于，包括：
车辆属性值和健康能力因素值获取单元，用于获取车辆的属性值Oi，i＝1，2，…，n，构成属性集O＝{O1，02，…，On}，以及属性值Oi对应的健康能力因素值fi；
地图获取单元，用于获取待路径规划区域的地理信息；
健康能力评估单元，用于根据属性值Oi和健康能力因素值fi，采用综合加权的方法，对车辆的健康能力状态进行评估，获得健康能力评估等级；
路径规划单元，用于根据待路径规划区域的地理信息和健康能力评估等级获得车辆行驶路径。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述健康能力评估单元包括：
重要程度关系获取单元，用于获取p组属性集Ok，k＝1，2，…，p中任意两个元素的重要程度关系；
二元对比定型排序一致性标度矩阵获得单元，用于按照二元对比定型排序原理，获得二元对比定型排序一致性标度矩阵Ek，k＝1，2，…，p，Ek中第i行元素值之和表示第i个属性值Oi的重要程度值，得出每组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序为Ek中各行元素值之和由大到小的排序；
属性值权重获得单元，用于根据p组属性集Ok中各属性值的重要程度值一致性排序，计算获得属性值Oi的权重ωi，i＝1，2，…，n，计算公式为：
Figure FDA0002913274150000041
其中，
Figure FDA0002913274150000042
Figure FDA0002913274150000043
表示第k组属性集的重要程度值一致性排序中排于属性值Oi之后的属性值个数；
健康能力评估值获得单元，用于根据属性值Oi的权重ωi和健康能力因素值fi，i＝1，2，…，n，计算获得车辆健康能力评估值σ；
健康能力评估等级获得单元，用于将健康能力评估值σ分别与预设优秀等级范围、预设良等级范围、预设中等级范围和预设差等级范围进行比较，获得健康能力评估等级。
10.根据权利要求81或9所述的系统，其特征在于，所述路径规划单元包括：
第一判断单元，用于判断健康能力评估等级是否为预设评估等级以上；
绕行区域边界及类型获取单元，用于当健康能力评估等级为预设评估等级以上时，获取地图上起点Posinit坐标、终点Posdestination坐标以及起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线周边一定范围内的绕行区域边界及类型；
第一外扩单元，用于分别将每一绕行区域边界整体外扩其类型对应的绕行区域安全距离αk，k＝1，2，…，m，获得绕行边界
Figure FDA0002913274150000051
(xj，yj)为绕行边界上的点的坐标；
第二外扩单元，用于分别将每一位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的绕行边界整体外扩车辆安全距离β，获得绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000052
Figure FDA0002913274150000053
s≤n，(xu，yu)为绕行路径边界上的点的坐标；
第二判断单元，用于分别判断位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的每一绕行路径边界是否存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界；
第三判断单元，用于当位于起点Posinit至终点Posdestination之间的直线连线上的所有绕行路径边界均不存在与之相交的绕行路径边界或绕行边界时，判断每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000054
周围是否存在与其之间的最小距离小于或者等于两倍车辆安全距离β的绕行路径边界或绕行边界；
车辆行驶路径获得单元，用于当每一绕行路径边界
Figure FDA0002913274150000055
Figure FDA0002913274150000056
与其周围的绕行路径边界或绕行边界之间的最小距离均大于两倍车辆安全距离β时，将绕行路径边界与起点Posinit至终点Posdestination方向的射线沿射线方向依次相交的点分别依次作为起始点和终止点，起始点和终止点将绕行路径边界划分为较长和较短绕行路径边界，获得绕行路径为起始点至终止点之间的较短绕行路径边界，车辆行驶路径包括起点Posinit至终点Posdestination方向的射线和所有绕行路径。
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