[发明专利]一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法及系统

权利要求书

1.一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，获取海图数据，得到海图整体信息，所述海图整体信息包括海图比例尺及海图范围，并将海图中SEAARE字段和LADARE字段提取出来并保存；

第二步，将SEAARE字段和LADARE字段按照海图多边形的定义呈现海面情况，并将原始的矢量数据进行栅格化得到完整的海图界面；

第三步，用户在海图界面上设置途经的途经点，采用改进的RRT算法在预设的时间阈值内进行路径规划，得到最终的有效路径渐进最优；

第四步，将最终的有效路径转化为实际应用的经纬度信息，输出路径上的转折点的经纬度信息，提供给无人船的动力控制系统使用。

2.根据权利要求1所述的无人船海面路径规划方法，其特征在于，所述第三步，用户在海图界面上设置途经的多个途经点，采用改进的RRT算法在预设的时间阈值内进行路径规划，得到最终的有效路径渐进最优，具体步骤如下：

将多个途经点中的每两个设置为初始位置及终点位置，在每对初始位置和终点位置之间进行生长RRT路径树；

根据RRT算法设置的随机生长点算法和设定的偏向终点的优先概率，在路径树上随机生成路径点；

对于每一个随机生成的路径点调用碰撞检测算法，判断路径点是否在有效的海面区域内，如果存在则为有效路径点；

在每一棵RRT树上，只要有效路径点扩展到终点位置则停止，所有RRT树生长完成时，算法停止；

对每一棵RRT树进行路径压缩算法，进一步压缩路径，得到最终的有效路径渐进最优。

3.根据权利要求2所述的无人船海面路径规划方法，其特征在于，海图数据采用S57格式的海图，使用GDAL库提取出了海图的SEAARE和LADARE字段，这两个字段分别存储海面边界和陆地边界的矢量数据信息，通过分析这两个字段的点、线、面数据关联规划，绘制成图。

4.根据权利要求1所述的无人船海面路径规划方法，其特征在于，所述第二步，栅格化得到完整的海图界面，是用0表示海面区域，1表示陆地区域及障碍物区域。

5.根据权利要求2所述的无人船海面路径规划方法，其特征在于，压缩算法是，先从最终生成的路径上的起始点终点进行碰撞检测，如果不能通过碰撞检测，则将终点保存在输出最终压缩路径上，再对起始点和终点的前一点进行碰撞检测，如果通过碰撞检测，则这两个点之间的所有冗余点都去掉，最终只保留关键点，这样就掉大量的冗余点，从而压缩路径。

6.实现权利要求1-5任一项所述的无人船海面路径规划方法的系统，其特征在于，包括：

海图解析模块：获取海图数据，得到海图整体信息，所述海图整体信息包括海图比例尺及海图范围，并将海图中SEAARE字段和LADARE字段提取出来并保存，按照海图多边形的定义呈现海面情况，并将原始的矢量数据进行栅格化得到完整的海图界面；

海面显示模块：显示解析后的海图界面、用户设置途经点、路径规划后的路线及将海面上的每个点采用经纬度坐标显示；

路径信息规划模块：调用RRT算法，在预设的时间阈值内进行路径规划，得到最终的有效路径；

路径信息输出模块：输出最终的有效路径，并将路径上的转折点经纬度信息实时显示在海面显示模块上，保存到数据库中通过无线网络或者串口传输到无人船的动力系统中。