[发明专利]一种UUV地理围栏的离线初始构建与在线滚动更新方法

说明书

本发明提供一种UUV地理围栏的离线初始构建与在线滚动更新方法，根据UUV指控系统下达的作业海区，调取相应区域的电子海图，构建禁航区；根据UUV指控系统下达的使命任务，结合构建禁航区，规划作业航路；根据UUV的规划航路，结合其机动特性，完成初始地理围栏的离线构建；根据UUV的运行状态，结合其机动特性，完成地理围栏的在线滚动更新。本发明通过结合UUV使命任务、机动特性、电子海图以及UUV运行状态构建离线初始地理围栏并在线滚动更新，有效提升其在威胁环境航行的适应性和生存力。

技术领域

本发明属于水下无人航行器领域，具体涉及一种UUV地理围栏的离线初始构建与在线滚动更新方法。

背景技术

水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为人类在海洋活动中的重要替代者和执行者，已被广泛应用于科学考察、深海作业、打捞救生等领域。随着UUV应用领域扩展，其数量以及种类不断增加，需要提升其威胁环境适应性和生存力，限制航行区域，对其水下航行加强监管。

UUV在水下执行任务时，由于海洋环境复杂,无线电、无线网络、北斗、GPS等通讯及导航设备均失效，且UUV为大惯性载体，极易因制动不及时而驶离设定的作业区域、进入无法通过传感器识别的危险或禁航区域，如雷区、海产养殖区、军事基地等。因此，通过构建地理围栏，划定UUV允许航行的安全区域，对提升UUV在威胁环境中航行与作业的安全性和生存力十分重要。查阅国内外相关文献以及专利库，传统的地理围栏构建，如《用于移动地理围栏的系统和方法》、《由多个分量形状构成的虚拟地理周界》，多集中于智能体静态禁行区域的设定，并未结合智能体的规划作业任务将可行的动态作业区域考虑入内，且未实现对地理围栏的实时更新，不利于UUV适应水下环境威胁，不能满足实际工程需求。本专利结合UUV使命任务、机动特性、电子海图以及UUV运行状态构建离线初始地理围栏并在线滚动更新，可以有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种UUV地理围栏的离线初始构建与在线滚动更新方法，提升了UUV在威胁环境下航行的适应性和生存力，避免其因制动不及时而驶离设定的作业区域、进入无法通过传感器识别的危险或禁航区域。

本发明的目的是这样实现的：

一种UUV地理围栏的离线初始构建与在线滚动更新方法，具体的实现步骤为：

步骤1.根据UUV指控系统下达的作业海区，调取相应区域的电子海图，构建禁航区；

步骤2.根据UUV指控系统下达的使命任务，结合构建禁航区，规划作业航路；

步骤3.根据UUV的规划航路，结合其机动特性，完成初始地理围栏的离线构建；

步骤4.根据UUV的运行状态，结合其机动特性，完成地理围栏的在线滚动更新。

所述步骤1的禁航区由点状禁航区、规则形禁航区、复杂形禁航区三部分构成，点状禁航区为以浮标、锚船所在位置为圆心，以安全距离为半径的圆形区域；规则形禁航区为雷区、军事基地、海产养殖区各区边界顶点顺序连接围成的规则区域；复杂形禁航区为浅水区、岛屿、礁石区各区边界顶点顺序连接围成的不规则区域。

所述步骤3的具体内容为：

步骤3.1.在水平面上，以规划航路的起始点为圆心，以UUV允许偏移航路的最大距离为半径作圆，将该圆由规划航路的起始点沿该航路移动至终止点，保留上述过程中该圆扫过的全部区域；

步骤3.2.在垂直面上，根据UUV指控系统设定的各航段超深阈值和过浅阈值确定初始地理围栏的上下边界；

步骤3.3.将水平面和垂直面的几何区域与上下边界相结合，共同围成的三维空间区域，即UUV初始地理围栏。