CN116952251B - 路径规划的方法、装置、终端设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种路径规划的方法、装置、终端设备及可读存储介质，属于路径规划领域。该方法包括：获取目标对象对应的待航行路线，待航行路线包括航程信息和路径点；将航程信息根据路径点进行划分获得多个第一目标路段，第一目标路段为航程信息中禁航区以外的路段；多次利用B样条函数对第一目标路段进行拟合获得第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；根据多个目标关联关系确定目标对象对应的运动参数，根据运动参数确定目标对象在待航行路线中对应的航行路径。该方法能够针对任意形状的禁航区和多个路径点实现备选航行路径快速生成和船舶机动过载更加平滑，生成的航路满足船舶的实际航行约束。
Description
技术领域
本发明涉及路径规划领域，尤其涉及一种路径规划的方法、装置、终端设备及存储介质。
背景技术
船舶的最优航行路径规划是船舶完成海上航行的必要环节，对提高船舶航行自动化水平、优化航线设计、节省航行时间及燃料等具有重要意义。
现有船舶路径规划可以采用图形操绘方式进行实现，该方式实现起来较为简单，但通常难以兼顾复杂的航线点约束和禁航区约束，包括气象约束、海流约束、海浪约束、导航定位约束、避让约束、地缘约束、航程约束等。还可以采用图搜索法、栅格法、人工势场法等进行路径规划，但上述方法难以处理具有复杂形状的禁航区约束和多个路径点约束，并且在面对复杂船舶路径规划约束所衍生出的大量优化变量时，存在计算程序复杂、鲁棒性差、计算效率低、甚至找不到最优解等问题。
此外，在规划船舶的路径点和机动航线时，对船舶机动过载的平滑性约束考虑较少，生成的机动过载易产生突变，整体平滑性不足，且路径点处的转弯半径或曲率存在突变，不符合船舶实际航行过程。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种路径规划的方法、装置、终端设备及可读存储介质，旨在解决现有技术中在对船舶进行航行路径规划时难以兼顾航线点约束和禁航区约束等多个约束条件，并且在面对复杂船舶路径规划约束所衍生出的大量优化变量时，存在计算程序复杂、鲁棒性差、计算效率低、甚至找不到最优解等问题。
第一方面，本发明实施例提供一种路径规划的方法，包括：
获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；
将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；
多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；
根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；
根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
第二方面，本发明实施例还提供一种路径规划的装置，包括：
数据获取模块，用于获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；
路段规划模块，用于将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；
数据拟合模块，用于多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；
参数确定模块，用于根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；
路径生成模块，用于根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，所述终端设备包括处理器、存储器、存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如本发明说明书提供的任一项路径规划的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本发明说明书提供的任一项路径规划的方法的步骤。
本发明实施例提供一种路径规划的方法、装置、终端设备及可读存储介质，该方法包括获取目标对象对应的待航行路线，其中，待航行路线包括航程信息和路径点；将航程信息根据路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，第一目标路段为航程信息中禁航区以外的路段；多次利用B样条函数对第一目标路段进行拟合获得第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；根据多个目标关联关系确定目标对象对应的运动参数，运动参数用于计算目标对象的实时运动状态；根据运动参数确定目标对象在待航行路线中对应的航行路径。解决了现有技术中在对船舶进行航行路径规划时难以兼顾航线点约束和禁航区约束等多个约束条件，并且在面对复杂船舶路径规划约束所衍生出的大量优化变量时，存在计算程序复杂、鲁棒性差、计算效率低、甚至找不到最优解等问题。提高了针对任意形状的禁航区和多个路径点实现备选航行路径生成速度，并且使船舶机动在路径点可以实现过载更加平滑，有效的提高了船舶路径生成的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种路径规划的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种路径规划结果示意图；
图3为本发明实施例提供的求解方法之间的迭代次数对比示意图；
图4为本发明实施例提供的一种路径规划的装置的模块结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
本发明实施例提供一种路径规划的方法、装置、终端设备及可读存储介质。其中，该路径规划的方法可应用于终端设备中，该终端设备可以为平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理和穿戴式设备等电子设备。该终端设备可以为服务器或者服务器集群。
下面结合附图，对本发明的一些实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明以船舶的最优航行路径规划为背景，考虑具有复杂形状的禁航区约束和多个路径点约束，以总航程最短为优化目标，现有技术方案主要存在如下问题：
（1）现有船舶路径规划方法包括图搜索法、栅格法、人工势场法等，这些方法难以处理具有复杂形状的禁航区约束和多个路径点约束，并且在面对复杂船舶路径规划约束所衍生出的大量优化变量时，存在计算程序复杂、鲁棒性差、计算效率低、甚至找不到最优解等问题。
（2）现有船舶路径规划方法在规划船舶的路径点和机动航线时，对船舶机动过载的平滑性约束考虑较少，生成的机动过载易产生突变，整体平滑性不足，且路径点处的转弯半径或曲率存在突变，不符合船舶实际航行过程。
（3）基本粒子群算法存在早熟、局部最优、占内存大、运算效率低等问题，并且在处理复杂优化问题时缺乏对特定知识的利用，无法保证针对复杂路径规划问题的计算效率和可靠性。
因此，亟需一种面向复杂禁航区和路径点下快速得到路径规划的方法。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种路径规划的方法的流程示意图。
如图1所示，该路径规划的方法包括步骤S101至步骤S105。
步骤S101、获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点。
示例性地，目标对象为船舶，获取目标对象对应的待航行路线，待航行路线中包括航程信息和路径点，其中航程信息中至少包括起始位置和目标位置以及目标对象行驶的海域，航程信息中还需包括禁航区或者已知不能航行的位置信息，路径点为目标对象在航程信息中进行航行时的必经点，或者为航向明显需要发生变化的位置。
步骤S102、将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段。
示例性地，根据航程信息获得航线对应的起始位置和终点位置，将起始位置和路径点进行连接以及将起始位置和终点位置进行连接，从而获得多个第一目标路段，若在第一目标路段获得过程中经过禁航区则需要将第一目标路段进行调整绕过禁航区，也即需要将第一目标路段进行避障。
例如，航程信息中起始位置为A、终端位置为B，航线点包括点a、点b、点c，则第一目标路段为起始位置为A至航线点a、起始位置为A至航线点b、起始位置为A至航线点c、起始位置为A至终端位置为B。
在一些实施方式中，所述将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，包括：根据所述航程信息确定所述待航行路线的起始点和结束点；根据所述起始点、所述路径点和所述结束点将所述待航行路线进行划分获得多个所述第一目标路段，其中，所述第一目标路段中至少包括一个所述路径点。
示例性地，获取航程信息中待航行路线的起始点和结束点，也即获得航程信息中目标对象待航行路线对应的起始位置和终点位置。将起始位置、终点位置以及路径点按照目标对象行驶的顺序依次进行排列，则将相邻两个位置进行连接获得多个第一目标路段。
例如，航程信息中起始位置为A、终端位置为B，航线点包括点a、点b、点c，根据目标对象行驶的顺序依次进行排列可以得到起始位置A、航线点a、航线点b、航线点c、终端位置B，则将相邻两个位置进行连接可获得起始位置A与航线点a，航线点a与航线点b，航线点b与航线点c，航线点c与终端位置B，也即获得了多个第一目标路段，并且每个第一目标路段中均至少包括一个路径点。
步骤S103、多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系。
示例性地，利用B样条函数对第一目标路段进行线段拟合，从而获得第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，进而获得目标对象在第一目标路段中每个位置点对应的行进方式。
在一些实施方式中，所述B样条函数为三次B样条函数；多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，包括：多次执行对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系；利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系。
示例性地，根据三次B样条函数获得第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，从而根据目标关联关系获得位置点对应的经度信息和纬度信息。
例如，以其中一个第一目标路段为例，[路径点a,路径点 b]之间设置三次B样条函数形式为如下式所示：
其中，表示基函数，/>表示设计变量，u是归一化的自变量，将[路径点a,路径点b]之间进行等分为/>份，/>，/>表示路径点b的位置信息，/>表示路径点a的位置信息，/>表示进行等分的大小。并且满足/>，/>为航行路线中路径点的数量。
因此，将全部第一目标路段进行设置，可获得三次B样条函数的设计变量为：
，
进而利用粒子群算法对初始关联关系中的设计变量进行迭代更新，从而获得获得目标关联关系。
在一些实施方式中，所述利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系，包括：利用量子力学原理修正所述粒子群算法对应的更新参数信息；根据修正更新参数信息后的所述粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新，获得目标关联关系。
示例性地，基本粒子群算法利用个粒子对/>个优化参数进行搜索。其中，第i个粒子在搜索空间中的位置和速度分别为/>和/>，i=1,2,…，/>并且j=1,2,…,。记整个群体和第i个粒子迄今为止发现的历史最佳位置分别为/>和/>。
基于量子原理通过求解薛定谔函数得到粒子在空间中某点出现的概率，进而得到其位置和速度。这样可以使粒子的运动具有较大的不确定性，从而使其对搜索空间进行充分探索，快速发现最优解同时避免陷入局部最优。相应的，粒子的位置和速度表示为：
，
其中，为第t代中所有粒子在第j(j=1,2 ,...,/>）维中的个体最优位置均值。t为当前进化代数，初始值等于1，最大值为/>。/>为收缩扩展系数，其最大值和最小值分别为/>、/>。r1, r2为随机数，取值范围[0,1]。
综上，改进的粒子群算法基本步骤如下：
(1) 随机初始化粒子的位置速度，令t=1；
(2) 生成随机数r1，r2；
(3) 采用式（21）更新种群位置和速度，令t=t+1；
(4) 返回步骤2，直至t到达最大其最大值。
例如，基于量子粒子群算法，设定船舶的初始位置位于(E30°, N-45°)，初始航向为50°，目标点位于(E90°, N0°)，路径点为(E50°, N-30°)，禁航区形状和规划结果如图2所示。经优化计算后，船舶路径通过了所有路径点并绕过了所有禁航区。基于同样的优化场景，分别利用基本粒子群算法和增加量子力学提出的粒子群算法求解，各计算1000次得到统计结果如图3所示，其中收敛标准设定为最大进化代数达到30代或最优粒子在过去三代中的指标提升不超过2%。图3给出了优化算法找到最优解所需要的进化代数，可见相比基本粒子群算法，增加量子力学后的粒子群算法在性能上有显著提升。
在一些实施方式中，所述对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系，包括：获得所述第一目标路段相邻的第二目标路段；获得所述第一目标路段对应的第一关联关系和所述第二目标路段对应的第二关联关系；根据所述第一关联关系和所述第二关联关系确定所述第一目标路段和所述第二目标路段在关联路径点对应的第三关联关系，其中，所述关联路径点为所述第一目标路段和所述第二目标路段之间共有的路径点；根据所述第一关联关系和所述第三关联关系确定所述初始关联关系。
示例性地，为保证目标对象在路径点可以进行平滑过渡，可以获得第一目标路段相邻的第二目标路段，也即，第一目标路段前或后相邻的第二目标路段，获得第一目标路段对应的第一关联关系和所述第二目标路段对应的第二关联关系，将第一关联关系和第二关联关系在第一目标路段和第二目标路段共有的路径点位置具有相同的函数值以及相同的一阶导数值和二阶导数值，从而获得第一目标路段和第二目标路段在关联路径点对应的第三关联关系，进而由第一关联关系和第三关联关系组成初始关联关系。
例如，三次B样条函数应保证，/>和/>的连续性，因此，在具有个路径点中，可以获得可得/>个方程，如下式所示：
，
同时考虑起始位置、路径点和终点位置，可得(1+Mway)个方程，如下式所示：
，
其中，下标“0”表示目标对象的起始位置，下标“f ”表示终点位置，l=1,2,…,Mway。将设计变量减少至（）个：
，
考虑到参数缺乏实际物理意义，难以对其初始化，将航向/>作为优化变量：
，
从而，当根据算法获得u的值后，即可确定初始关联关系对应的目标关联关系。也即，在获得后，将地心角/>代入/>后即可获得航向/>。
步骤S104、根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态。
示例性地，根据目标关联关系确定目标对象对应的运动参数，从而根据该运动参数确定目标对象在位置点对应的实时运动状态。
在一些实施方式中，所述运动参数包括侧向机动力，所述根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，包括：获得所述目标对象的运行速度、航向、当前位置点的经度信息和纬度信息；根据所述目标关联关系、所述运行速度、所述航向、所述经度信息和所述纬度信息确定所述目标对象对应的所述侧向机动力；根据下式获得所述目标对象对应的所述侧向机动力：
，
其中，为地球平均半径，V表示目标对象的速度信息，/>表示目标对象的航向、表示目标对象的纬度信息，m表示目标对象的质量信息，/>表示侧向机动力，所述侧向机动力和所述速度信息相垂直，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的一阶导数，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的二阶导数，所述/>和根据所述目标关联关系确定。
示例性地，考虑具有复杂形状的禁航区约束和多个路径点约束的航路设计方法，从而建立目标对象在海洋中运动的微分方程如下：
，
其中，为目标对象的航向，/>为目标对象的经度信息，/>为目标对象的纬度信息，/>为地球平均半径，V为目标对象的速度；/>为目标对象产生的侧向机动力，它垂直于速度方向。
为了规避具有复杂形状的禁航区约束，同时经过多个路径点，设计经度信息随纬度信息变化的函数如下：
经过求导后（2）可得：
，
因此，目标对象的航向可表示为关于纬度信息的函数为：
，
可得到，航向关于纬度信息的变化率为：
，
故而可得到，，其中，/>表示经度信息随纬度信息的变化关系的一阶导数，/>表示经度信息随纬度信息的变化关系的二阶导数，/>和/>根据目标关联关系确定。
在一些实施方式中，所述和/>根据所述目标关联关系确定，包括：根据所述待航行路线的起始点作为坐标原点，确定所述目标对象当前位置点与所述坐标原点之间的地心角；根据所述地心角和所述目标关联关系确定所述目标对象在当前位置点对应的所述航向；根据所述地心角和所述航向确定所述/>和所述/>；根据下式获得所述/>和所述/>：
，
其中，表示地心角，/>表示目标对象的纬度信息，/>表示目标对象的经度信，/>表示目标对象在初始状态下对应的纬度信息，/>，/>表示目标对象在初始状态下对应的经度信息，/>根据有限差分方法获得。
示例性地，待航行路线的起始点作为坐标原点，为目标对象当前位置点到起始点的地心角，/>为从起始点指向目标位置当前位置点的航向。设目标对象的坐标为，则经纬度为：
，
其中，下标“0”表示目标对象的初始状态；
进一步，，也即，目标关联关系中地心角和航向之间地关系，则可得到（7）：
，
其中
，
根据式（3）和（5），和/>可由/>和/>得到：
，
故而，当获得目标关联关系后，也即得到了对应地和/>。
步骤S105、根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
示例性地，在获得运动参数后，根据目标对象对应地运动地微分方程从而可以得到在待航行路线中对应的航行路径。
综上所述，本申请在获取目标对象地待航行路线后，根据待航行路线中的航程信息和路径点将待航行路线划分为多个第一目标路段，并多次对第一目标路段利用三次B样条函数进行拟合以及对相邻第一目标路段进行求导保证相邻第一目标路段在相邻点对应的路径点位置导数值相同进而保证目标对象能够在相邻路段进行平滑过渡，进而利用基于量子力学的粒子群算法进行求解获得每个第一目标路段对应的拟合结果，将拟合结果确定为第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间的目标关联关系，进而根据目标关联关系确定目标对象在位置点对应的经度信息和纬度信息之间的关系，从而根据经度信息和纬度信息之间的关系确定目标对象的侧向机动力，进而根据侧向机动力依据目标对象在海洋中运动的微分方程确定目标对象的航行路径。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种路径规划的装置200，该路径规划的装置200包括：数据获取模块201、路段规划模块202、数据拟合模块203、参数确定模块204、路径生成模块205，其中，数据获取模块201，用于获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；路段规划模块202，用于将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；数据拟合模块203，用于多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；参数确定模块204，用于根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；路径生成模块205，用于根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
在一些实施方式中，路段规划模块202在将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段过程中，执行：
根据所述航程信息确定所述待航行路线的起始点和结束点；
根据所述起始点、所述路径点和所述结束点将所述待航行路线进行划分获得多个所述第一目标路段，其中，所述第一目标路段中至少包括一个所述路径点。
在一些实施方式中，所述B样条函数为三次B样条函数；数据拟合模块203在多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系过程中，执行：
多次执行对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系；
利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系。
在一些实施方式中，数据拟合模块203在所述利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系过程中，执行：
利用量子力学原理修正所述粒子群算法对应的更新参数信息；
根据修正更新参数信息后的所述粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新，获得目标关联关系。
在一些实施方式中，数据拟合模块203在对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系过程中，执行：
获得所述第一目标路段相邻的第二目标路段；
获得所述第一目标路段对应的第一关联关系和所述第二目标路段对应的第二关联关系；
根据所述第一关联关系和所述第二关联关系确定所述第一目标路段和所述第二目标路段在关联路径点对应的第三关联关系，其中，所述关联路径点为所述第一目标路段和所述第二目标路段之间共有的路径点；
根据所述第一关联关系和所述第三关联关系确定所述初始关联关系。
在一些实施方式中，所述运动参数包括侧向机动力，参数确定模块204在所述根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数过程中，执行：
获得所述目标对象的运行速度、航向、当前位置点的经度信息和纬度信息；
根据所述目标关联关系、所述运行速度、所述航向、所述经度信息和所述纬度信息确定所述目标对象对应的所述侧向机动力；
根据下式获得所述目标对象对应的所述侧向机动力：
，
其中，为地球平均半径，V表示目标对象的速度信息，/>表示目标对象的航向、表示目标对象的纬度信息，m表示目标对象的质量信息，/>表示侧向机动力，所述侧向机动力和所述速度信息相垂直，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的一阶导数，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的二阶导数，所述/>和根据所述目标关联关系确定。
在一些实施方式中，参数确定模块204在所述和/>根据所述目标关联关系确定过程中，执行：
根据所述待航行路线的起始点作为坐标原点，确定所述目标对象当前位置点与所述坐标原点之间的地心角；
根据所述地心角和所述目标关联关系确定所述目标对象在当前位置点对应的所述航向；
根据所述地心角和所述航向确定所述和所述/>；
根据下式获得所述和所述/>：
，
其中，表示地心角，/>表示目标对象的纬度信息，θ表示目标对象的经度信，/>表示目标对象在初始状态下对应的纬度信息，/>，/>表示目标对象在初始状态下对应的经度信息，根据有限差分方法获得。
可选地，路径规划的装置200应用于终端设备。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的路径规划的装置的具体工作过程，可以参考前述路径规划的方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意性框图。
如图5所示，终端设备300包括处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过总线303连接，该总线比如为I2C（Inter-integrated Circuit）总线。
具体地，处理器301用于提供计算和控制能力，支撑整个终端设备的运行。处理器301可以是中央处理单元 (Central Processing Unit，CPU)，该处理器301还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
具体地，存储器302可以是Flash芯片、只读存储器 (ROM，Read-Only Memory)磁盘、光盘、U盘或移动硬盘等。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本发明实施例方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明实施例方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的服务器可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
其中，所述处理器用于运行存储在存储器中的计算机程序，并在执行所述计算机程序时实现本发明实施例提供的任意一种所述的路径规划的方法。
在一实施例中，所述处理器用于运行存储在存储器中的计算机程序，并在执行所述计算机程序时实现如下步骤：
获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；
将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；
多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系；
根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；
根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
在一些实施方式中，处理器301在所述将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段过程中，执行：
根据所述航程信息确定所述待航行路线的起始点和结束点；
根据所述起始点、所述路径点和所述结束点将所述待航行路线进行划分获得多个所述第一目标路段，其中，所述第一目标路段中至少包括一个所述路径点。
在一些实施方式中，所述B样条函数为三次B样条函数；处理器301在多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系过程中，执行：
多次执行对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系；
利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系。
在一些实施方式中，处理器301在所述利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系过程中，执行：
利用量子力学原理修正所述粒子群算法对应的更新参数信息；
根据修正更新参数信息后的所述粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新，获得目标关联关系。
在一些实施方式中，处理器301在对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系过程中，执行：
获得所述第一目标路段相邻的第二目标路段；
获得所述第一目标路段对应的第一关联关系和所述第二目标路段对应的第二关联关系；
根据所述第一关联关系和所述第二关联关系确定所述第一目标路段和所述第二目标路段在关联路径点对应的第三关联关系，其中，所述关联路径点为所述第一目标路段和所述第二目标路段之间共有的路径点；
根据所述第一关联关系和所述第三关联关系确定所述初始关联关系。
在一些实施方式中，所述运动参数包括侧向机动力，处理器301在所述根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数过程中，执行：
获得所述目标对象的运行速度、航向、当前位置点的经度信息和纬度信息；
根据所述目标关联关系、所述运行速度、所述航向、所述经度信息和所述纬度信息确定所述目标对象对应的所述侧向机动力；
根据下式获得所述目标对象对应的所述侧向机动力：
，
其中，为地球平均半径，V表示目标对象的速度信息，/>表示目标对象的航向、表示目标对象的纬度信息，m表示目标对象的质量信息，/>表示侧向机动力，所述侧向机动力和所述速度信息相垂直，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的一阶导数，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的二阶导数，所述/>和根据所述目标关联关系确定。
在一些实施方式中，处理器301在所述和/>根据所述目标关联关系确定过程中，执行：
根据所述待航行路线的起始点作为坐标原点，确定所述目标对象当前位置点与所述坐标原点之间的地心角；
根据所述地心角和所述目标关联关系确定所述目标对象在当前位置点对应的所述航向；
根据所述地心角和所述航向确定所述和所述/>；
根据下式获得所述和所述/>：
，
其中，表示地心角，/>表示目标对象的纬度信息，θ表示目标对象的经度信，/>表示目标对象在初始状态下对应的纬度信息，/>，/>表示目标对象在初始状态下对应的经度信息，/>根据有限差分方法获得。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的终端设备的具体工作过程，可以参考前述路径规划的方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本发明实施例说明书提供的任一项路径规划的方法的步骤。
其中，所述存储介质可以是前述实施例所述的终端设备的内部存储单元，例如所述终端设备的硬盘或内存。所述存储介质也可以是所述终端设备的外部存储设备，例如所述终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施例中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。需要说明的是，在本文中，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过程、方法、物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过程、方法、物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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种路径规划的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；
将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；
多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，其中，所述地心角为所述目标对象当前位置点与坐标原点之间的地心角，所述坐标原点为所述待航行路线的起始点；
根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；
根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，包括：
根据所述航程信息确定所述待航行路线的起始点和结束点；
根据所述起始点、所述路径点和所述结束点将所述待航行路线进行划分获得多个所述第一目标路段，其中，所述第一目标路段中至少包括一个所述路径点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B样条函数为三次B样条函数；
多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，包括：
多次执行对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系；
利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新获得所述目标关联关系，包括：
利用量子力学原理修正所述粒子群算法对应的更新参数信息；
根据修正更新参数信息后的所述粒子群算法对所述初始关联关系进行迭代更新，获得目标关联关系。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述第一目标路段利用三次B样条函数确定初始关联关系，包括：
获得所述第一目标路段相邻的第二目标路段；
获得所述第一目标路段对应的第一关联关系和所述第二目标路段对应的第二关联关系；
根据所述第一关联关系和所述第二关联关系确定所述第一目标路段和所述第二目标路段在关联路径点对应的第三关联关系，其中，所述关联路径点为所述第一目标路段和所述第二目标路段之间共有的路径点；
根据所述第一关联关系和所述第三关联关系确定所述初始关联关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动参数包括侧向机动力，所述根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，包括：
获得所述目标对象的运行速度、航向、当前位置点的经度信息和纬度信息；
根据所述目标关联关系、所述运行速度、所述航向、所述经度信息和所述纬度信息确定所述目标对象对应的所述侧向机动力；
根据下式获得所述目标对象对应的所述侧向机动力：
，
其中，为地球平均半径，V表示目标对象的速度信息，/>表示目标对象的航向、/>表示目标对象的纬度信息，m表示目标对象的质量信息，/>表示侧向机动力，所述侧向机动力和所述速度信息相垂直，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的一阶导数，/>表示所述经度信息随所述纬度信息的变化关系的二阶导数，所述/>和所述根据所述目标关联关系确定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述和所述/>根据所述目标关联关系确定，包括：
根据所述待航行路线的起始点作为坐标原点，确定所述目标对象当前位置点与所述坐标原点之间的地心角；
根据所述地心角和所述目标关联关系确定所述目标对象在当前位置点对应的所述航向；
根据所述地心角和所述航向确定所述和所述/>；
根据下式获得所述和所述/>：
，
其中，表示地心角，/>表示目标对象的纬度信息，θ表示目标对象的经度信，/>表示目标对象在初始状态下对应的纬度信息，/>，/>表示目标对象在初始状态下对应的经度信息，/>根据有限差分方法获得。
8.一种路径规划的装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取目标对象对应的待航行路线，其中，所述待航行路线包括航程信息和路径点；
路段规划模块，用于将所述航程信息根据所述路径点进行划分获得多个第一目标路段，其中，所述第一目标路段为所述航程信息中禁航区以外的路段；
数据拟合模块，用于多次利用B样条函数对所述第一目标路段进行拟合获得所述第一目标路段中每个位置点对应的地心角和航向之间对应的目标关联关系，其中，所述地心角为所述目标对象当前位置点与坐标原点之间的地心角，所述坐标原点为所述待航行路线的起始点；
参数确定模块，用于根据多个所述目标关联关系确定所述目标对象对应的运动参数，其中，所述运动参数用于计算所述目标对象的实时运动状态；
路径生成模块，用于根据所述运动参数确定所述目标对象在所述待航行路线中对应的航行路径。
9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括处理器、存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的路径规划的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的路径规划的方法步骤。
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