[发明专利]一种用于航线规划的最优路径生成方法

说明书

本发明公开了一种用于航线规划的最优路径生成方法，本发明是在仅输入部分转弯信息下，通过对航线进行分割和回溯处理，利用二叉树搜索和剪枝方法启发式的遍历所有可行航线，并提取当前输入信息下所能得到的最优航线，从而解决传统航线规划方法计算量大、耗时长的问题。本发明提出的方法能够根据实际系统环境和性能要求，调整搜索过程中的参数，从而保证本方法搜索到最优路径的耗时满足系统快速生成航线方案的实际需求。

技术领域

本发明涉及航线规划技术领域，尤其涉及一种用于航线规划的最优路径生成方法。

背景技术

目前，航天航空技术正在不断快速发展，航线规划和绘制作为航天航空技术中的重要组成部分，也影响着军民航管理系统的运行效率。特别的，对于无人机飞行航线管理系统，在规划、绘制无人飞行器航线时，为了绘制方便，通常由操作人员在地图上绘出单点航线。对于每个航线点，其属性可以有三种类型，分别是转弯开始点、转弯圆心点和转弯结束点。对于不同位置的航线点，由于该航线点执行任务不同，相应点的属性也不同，例如无人机执行侦察任务时，通常选择转弯圆心点作为航线点，而在执行攻击投弹任务时，通常选择转弯开始点作为航线点。另外，操作人员在绘出航线点时，多数也不对转弯方向做要求，因此在完成单点航线绘制时，需要根据航线点类型对航线进行计算，选择合理的转弯方向以获得最优航线。

基于航线单点的航线规划问题主要面临如下几个难点。首先，由于输入的转弯单点信息不完整，例如一些转弯单点无转弯方向信息，飞行器的飞行航线有多种可能。对于每一个转弯过程，其转弯方向有2种可能，因而所有可能飞行航线数与转弯点数成指数增长关系。因此，如何在指数增长的解空间中搜索到最优飞行航线是航线规划的一个主要难点。其次，飞行航线管理系统通常对最优航线的计算时间有要求。由于可行的飞行航线数目过于庞大，通过遍历搜索最优飞行航线的常规方法会由于计算异常耗时的原因而不可行。因此，如何在庞大的解空间中快速的搜索到最优飞行航线也是一个主要难点。最后，当每个转弯过程的飞行航向已知时，如果输入的转弯单点中无转弯结束点，则每个转弯单点可以通过利用前面相邻点的转弯三点信息(转弯开始点、圆心点、结束点)和后面相邻点的位置唯一确定当前转弯过程的全部信息。但是当输入的转弯单点中存在转弯结束点时，该转弯结束点对应的转弯过程信息可能无法按照上述方法求出(例如若干个转弯结束点相邻的情况)。因此，如何有效的处理转弯结束点情况也是航线规划的一个难点。

近年来，航线规划作为飞行航线管理系统的核心功能，得到了很多关注。常见的航线规划方法有动态规划方法[陈长林,孙迈,宋顺达.基于Voronoi图的突防航线动态规划.指挥控制与仿真,2009,31(5):27-29]、粒子群方法[吴逸,李强,代科学,王国师.基于粒子群算法的预警机航线规划.空军雷达学院学报,2010,24(6):410-413]、A*方法[周荣坤,黄丽芳.一种航线规划算法应用.火力与指挥控制,2010,35(6):176-182]等。对于基于航线单点的航迹规划问题，已有传统方法没有针对航线单点这种输入信息进行航线规划，并且忽略了飞行器的转弯过程。另外，已有传统方法通常是利用一些基于迭代的优化方法进行启发式搜索，这类方法面临迭代耗时、收敛速度慢的问题，因而不能满足飞行航线管理系统的实际应用需求。

发明内容

为了解决无人机飞行管理系统中的航线规划问题，本发明提供了一种基于二叉树分割搜索和剪枝的最优航线规划方法。

现有的航线规划方法需要利用基于迭代的优化方法进行求解，面临计算耗时的困难。为了提高航线规划的计算效率，本发明要利用启发式信息，限制遍历搜索的可行解空间，保证搜索方向维持在最优航线解的方向，从而实现航线规划方案的快速生成。

所采用的技术方案是：基于二叉树分割搜索和剪枝的最优航线规划方法，包括如下步骤：

步骤1，假设操作人员共绘出了N个航线单点。获取转弯点数据集合(P₁,P₂,...,P_N)，P_i表示第i个转弯点，i取值为1～N，N为转弯点总数；