[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

说明书

本发明公开了一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法及系统，包括获取海图数据，得到海图整体信息；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；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；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。本方法进一步改进RRT算法，实现经过多个预设途经点的路径规划，并且应用路径压缩算法，有效缩短路径距离。

技术领域

本发明涉及无人船自动航行规划技术领域，具体涉及一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法及系统。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，现代无人船海面航行领域在不断地被开发利用，无人船在自主航行方面，特别是海面巡逻、货物派送等领域有不可预估的重大作用。目前人工智能的兴起推动着无人驾驶技术快速发展，越来越多的路径规划算法被相继提出。然而基于海面信息的无人船路径规划方法主要还是采用传统的路径规划算法，如：人工势场法，Dijkstra搜索算法，遗传算法等。这些算法存在以下不足：无法解决障碍物多、情况复杂的海面环境；遗传算法规划的时间比较长，实时性比较差。相对于这些算法，在移动机器人路径规划领域发展迅猛的RRT算法有许多优点，可较好地应用在无人船领域，解决无人船自动航行的路径规划问题：1)RRT树的点的分布使用了随机采样分布，从而使船支航行过程中可以保持一致性行为。2)RRT算法在输入条件没有错误的一般情况下，拥有极大的概率规划出一条可航行路径。3)RRT算法对于不同的路径规划系统有较高的兼容性。4)RRT可以设定每一步航行的条件约束，可以结合无人船的动力条件对路径进行规划。同时，对于无人船的海面的路径规划，一条路径可能需要到达多个设定的点，因此，进一步规划一条可以途经多个设定点的算法具有实际意义，但目前应用于海面路径规划的算法在处理多个目标点的路径规划存在明显不足，只考虑一个起始点和一个终点的情况。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法及系统。

本发明采用如下技术方案：

一种基于RRT算法的无人船海面路径规划方法，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。

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。