[发明专利]基于矢量法的路径规划预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及路径规划预处理方法，尤其涉及一种基于矢量法的路径规划预处理方法，用于仿真技术领域。

背景技术

路径规划(Path Planning)是指按照某个评价标准(如最短路径长度、最短行进时间、最小能量消耗等)，满足某个约束条件(如避免与障碍物碰撞等)，规划一条从起始点位置到达目标点位置最优(或次优)的路径（详细内容可参考文献[戴光明. 避障路径规划的算法研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004]）。路径规划作为一个经典的人工智能问题，在仿真、机器人、无人驾驶车辆等领域得到了广泛而深入的研究。目前，在这些领域使用的路径规划方法主要有图搜索算法（如A*算法[苏浩，李钦富，蔡骏. A*算法在基于道路网的路径规划中的应用. 中国电子科学研究院学报, 2010, 5(4): 419-422.]，Dijkstra算法[WAN Ming, ZHANG Wei, MURRAY Marie O., KAUFMAN Arie. Automatic target tracking on multi-resolution terrain. Journal of Zhejiang University, 2006, 7(7): 1275-1281.]、基于软计算的规划方法（如遗传算法[梁晓辉，吴威，赵沁平. 大规模真实地形数据中的全局路径规划方法——基于遗传算法的研究. 计算机研究与发展, 2002, 39(3): 301-306.]，蚁群算法[TAN Guan-zheng, HE Huan, Aaron Sloman. Global optimal path planning for mobile robot based on improved Dijkstra algorithm and ant system algorithm. Journal of Central South University of Technology, 2006, 13(1): 80-86]、基于随机采样的规划方法（如快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree，RRT[樊晓平，彭展，张恒，罗熊. 基于快速扩展随机树的机器人路径规划仿真实验平台研究. 铁道科学与工程学报, 2005, 2(2): 86-92])等。上述方法都建立在一定的空间数据结构表示方法之上，常用的有矢量法和栅格法。

在仿真系统中，实时性是非常重要的因素。如果出现滞后或延迟，会导致仿真系统的真实感下降。而在路径规划这方面，已有的技术专注于系统运行期间的一些优化技术，而未关注前期的数据预处理。

发明内容

本发明目的是针对目前仿真系统的路径规划时间过长，提出一种基于矢量法的路径规划预处理方法，该方法可以有效提高仿真系统路径规划时的实时处理速度。

本发明的思路是针对仿真环境中的移动主体不能够穿越距离小于自身的障碍物这一事实，根据路径规划中最大移动主体的尺寸设置一个阈值，将距离小于该阈值的障碍物进行合并，从而降低仿真系统中后续路径规划的工作量，提高整个系统的实时处理能力。

具体而言，本发明采用以下技术方案：

一种基于矢量法的路径规划预处理方法，用于矢量法表示的仿真系统路径规划，该方法包括以下步骤：

步骤A、将仿真环境中的每个障碍物均模型化为凸多边形；

步骤B、将步骤A中得到的凸多边形中距离小于预先设定的阈值的任意两个凸多边形融合处理为一个新的凸多边形，并依次迭代处理，直到最终得到的凸多边形中任意两个的距离均大于上述预先设定的阈值；其中，所述预先设定的阈值等于路径规划中最大移动主体的尺寸；

步骤C、将步骤B得到的结果作为仿真系统中路径规划的初始状态。

仿真系统中的建模方法有很多，如三维建模、栅格法等，为了简化计算并便于后续的相交判断和融合处理，本发明在将障碍物模型化为凸多边形时优选在欧式平面中实现。

其中，凸多边形之间的距离采用最小距离法定义，即两个凸多边形上距离最小的两个点之间的距离。

步骤B具体包括以下各步骤：

步骤B1、设置变量的初始值为步骤A得到的凸多边形的数量；

步骤B2、设置变量、                                                的值为：，；

步骤B3、计算第个凸多边形与第个凸多边形的距离并判断该距离是否大于一个预先设定的阈值，如是，则转步骤B5；如否，则转步骤B4；