[发明专利]一种基于XYZ格式地图的路径生成方法

说明书

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种基于XYZ格式地图的路径生成方法，实现自主水下机器人在变化海洋环境下的路径规划。包括以下步骤：读取XYZ格式的地图文件获得地图信息；将获得的地图信息载入到地图转化软件中，根据地图信息，进行地图信息识别；根据潜水器的起始点，规划出下一个航行点的坐标，通常下一个航行点使用的是极坐标，将极坐标转换成大地坐标系。与简单的路径规划方法比较，本方法具有更好的性能，在热液探测环境下更有优势，更能适应外界环境的改变，提高了AUV的工作能力。本方法移植方便，可以适用于各种水下机器人。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种基于XYZ格式地图的路径生成方法。

背景技术

在海洋应用中，水下机器人发挥越来越重要的作用。水下机器人分成两类：一种是遥控式有缆水下机器人(简称ROV)，一种是自主水下机器人(简称AUV)。ROV需要水面母船支持，同时受到电缆长度的限制，其作业距离有限，一般只有几百米；而AUV自身携带能源，可以远离母船，活动距离达到几十公里甚至上百公里。所以AUV的研究越来越受到各国的重视，AUV的发展代表了未来水下机器人的发展方向。但是AUV的控制方法比ROV的控制方法复杂，只有设计出好的控制方法才能发挥出AUV强大的作业能力。

AUV执行地形勘查、管线跟踪都依赖于AUV的路径规划。通常在AUV工作前，获取当前海区的地图，然后根据地图进行规划，当地形起伏不是很大时，可以使用简单的定高模式和定深模式航行，但是对于复杂海区的情况下，这种方式规划出来的路径不能很好的实现任务需求，如果分段规划则费时费力，对于操作AUV的人员是一个很大的挑战，这种简单的方法不适用在复杂的环境下。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于XYZ格式地图的路径生成方法，使规划路径的过程更简单，AUV执行的使命更加满足任务需求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于XYZ格式地图的路径生成方法，包括以下步骤：

读取XYZ格式的地图文件获得地图信息；

根据地图信息进行地图信息识别，规划出潜水器下一个航行点的坐标，将航行点的极坐标转换成大地坐标。

所述地图信息包括经度、纬度、深度/高度。

所述根据地图信息进行地图信息识别，规划出潜水器下一个航行点的坐标包括以下步骤：

1)根据选择的目标深度，获得等深线，同时根据选择的预定的起始点，按照正东、正南、正西、正北、东南、东北、西南和西北八个方向生成射线，计算各个方向上射线的梯度；

2)根据射线的梯度，选择绝对值最小的一个点作为下一航行点；

3)将下一个航行点作为预定的起始点，返回步骤1)，直到当前深度达到阈值或者航行点构成的路径覆盖地图为止。

所述射线的梯度通过下式计算：

若函数t＝f(x,y,z)在点(x₀,y₀,z₀)处可微，则函数F(x)在点(x₀,y₀,z₀)处沿任一方向的方向导数存在，其中各导数均为在点(x₀,y₀,z₀)处的值，运用向量的数量积，可将方向导数计算公式表示为：

其中，

其中，gradt称为梯度，i、j、k分别表示x轴、y轴、z轴上的单位向量；e表示单位向量，cosα，cosβ和cosγ是方向l的方向余弦。

所述将航行点的极坐标转换成大地坐标具体为：