[发明专利]一种结合环境特征的用于自动巡航的路径规划方法

说明书

本发明公开了一种结合环境特征的用于自动巡航的路径规划方法，通过地理信息系统采集水面航道信息生成初步规划路径；收集沿初步规划路径的环境特征数据并进行标注，譬如路线上是否存在浅滩，漩涡、礁石、水草区等阻碍物以及它们的位置和所占区域大小；然后利用收集的环境特征数据对初步规划路径进行修正，得到试航路径；自动驾驶船只按照试航路径在实际水面试航，过程中对试航路径进行进一步的修正，修正后的轨迹记为最终的巡航路径供自动驾驶船只使用。在日常行驶过程中继续定期收集巡航路径上的环境特征数据并进行标注，如果环境特征发生改变对现有巡航路径产生干扰则继续对巡航路径进行补偿修正，整个流程形成闭环。

技术领域

本发明涉及水面自动驾驶船只巡航路径规划领域，具体涉及一种结合环境特征的用于自动巡航的路径规划方法。

背景技术

自动驾驶的路径规划分动态和静态两种方式，动态方式指的是采用各种传感器技术实时地探测现场环境并在线计算得到运动的轨迹；静态方式则是指在实际操作之前预先通过各种手段离线地计算得到运动的轨迹。本发明设计的路径规划方法属于静态方式的一种。

目前自动驾驶技术在水文环境下的应用逐步广泛起来，相应地，针对自动驾驶船只的路线规划方法作为自动驾驶的核心技术之一得到日益重视。

水文环境下的路径规划比较复杂，主要存在以下问题：

一、完全动态方式现场生成轨迹由于水文环境的复杂性以及传感技术和识别技术的不成熟存在生成路径差，反应不够灵敏等问题，所以不少应用仍然倾向于采用提前利用地理信息系统的电子地图以离线方式对路径进行提前规划，预先生成相对比较满意的路线，提高第一次试运行成功的效率。

二、只基于地理信息规划路径对于水面航行是不够的，水文环境条件本身比陆地路面环境复杂，譬如预定航线上存在一些目前地理信息系统中并未详细标注的浅滩，礁石，水漩涡等会影响船只航行的障碍物，所以有必要提前在根据地理信息获得的轨迹基础上再结合环境特征对路径进行修正。

三、同样由于水面环境的复杂以及地理信息和环境因素标注的精度问题，为确保航程安全，有必要在第一次正式自动巡航之前再基于规划路线在现场执行一次试运行，并在试运行过程中采用自动方式(必要情况下包括适当的人工干预)再进行一次修正。由于存在预置的在考虑环境影响下已修正过的规划路径，所以现场修正纠偏相对容易而且修正量也会小很多，提高了一次试运行成功的概率。

四、由于水文环境下的环境影响因素存在易变特性，譬如，水草漂移，水面下地形由于水流冲刷导致水面形态发生变化等等都会导致原先规划的路径部分失效。所以通过静态方式的规划好最终巡航路线后，为了适应水文环境的复杂多变特性，需要在日常巡航过程中周期性地对环境数据进行监测和收集，以一定的频度定期对路线进行持续修正，形成静态路线规划上的动态修正，从而避免长时间失去维护后造成原路线失效部分过大而不得不重新规划。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种结合环境特征的用于自动巡航的路径规划方法，包括如下步骤：

步骤1：通过地理信息系统采集的水面航道信息生成初步规划路径；

步骤2：收集沿初步规划路径的环境特征数据并进行标注；

步骤3：利用环境特征数据对初步规划路径进行修正，得到试航路径；

步骤4：自动驾驶船只按照试航路径在实际水面试航，对试航路径进行进一步的修正，修正后的轨迹记为最终的巡航路径。

步骤1中，采用地理信息系统软件配合人工实地勘察水面和航道信息生成初步规划路径，初步规划路径是在包含巡航水域的地图上标注的一条含起点和终点的线段，对该线段进行离散化，生成沿线段的离散点信息，每两个离散点构成一个矢量线段，每相邻的两个矢量线段共享一个离散点，这个离散点是上一个矢量线段的终点，同时也是下一个矢量线段的起点。