[发明专利]水质采样巡航船路径规划最优化方法

权利要求书

1.水质采样巡航船路径规划最优化方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤，

第1步：用无人机摄像头采集湖面的图像，采用栅格法进行图像处理，得到湖面二维坐标图，未知区域用空白无障碍区域表示，在湖面二维坐标图中进行路径点的选取与部署；

第2步：在湖面的二维坐标图中，利用A*算法得到自起点至目标点的全局最优路径；

第3步：对得到的全局最优路径从起点向目标点检索，判断当前路径点是否为目标点，如果是，转第7步；如果不是目标点，进一步判断当前路径点是否为未知区域，如果不是，转第4步；否则转第5步；

第4步，存储当前路径点，并行进至下一个路径点，更新当前路径点，返回第3步；

第5步，如果当前路径点为未知区域，利用激光测距仪对未知区域环境进行探测，采用改进人工势场法获取局部最优路径，转第6步；否则如果无法得到局部最优路径，则更新二维坐标图中的未知区域地图信息，返回第2步；

第6步：将人工势场法得到的局部最优路径替换A*算法中相同区域路径，返回第4步；

第7步，对全局最优路径中的路径点进行整合。

2.根据权利要求1所述的水质采样巡航船路径规划最优化方法，其特征在于：第2步所述的利用A*算法得到全局最优路径，具体包括如下步骤：

(2.1)根据获取的湖面二维坐标图，设定A*算法的相关参数，OPEN列表为起点，存储搜索过但尚未走过的非障碍物点，CLOSE列表为障碍物路径点和已经走过的路径点，Optimal_path为空数组用于存储最优路径点；

(2.2)自当前路径点向周围8个方向邻格扩展，寻找当前路径点周围可达的路径点，排除CLOSE列表中的障碍物路径点和已经走过的路径点，分别计算其它路径点评估函数；

(2.3)将评估函数最小的路径点作为下一路径点并存入Optimal_path数组中；其余路径点若已存在OPEN列表中，则更新其评估函数，反之，则直接存入OPEN列表；

(2.4)到达下一路径点时，更新当前路径点，将此路径点存入CLOSE列表中，判定此路径点是否为目标点，是，则结束，得到全局最优路径；否，则返回步骤(2.2)。

3.根据权利要求1所述的水质采样巡航船路径规划最优化方法，其特征在于：第5步所述的采用改进人工势场法得到局部最优路径的步骤如下：

步骤5.1：利用激光测距仪得到的湖面信息，进行图像处理转化为二维坐标栅格图，设定改进人工势场算法的相关参数，包括探测范围、引力增益系数、斥力增益系数、迭代次数、障碍物影响距离和步长；

步骤5.2：判定地图更新后的局部路径目标点是否为障碍物：如果为是，则返回第2步；如果为否，则计算当前路径点位置X与影响距离内障碍物的斥力F_rep和目标点的引力F_att；

所述的障碍物对当前路径点位置X的斥力F_rep计算公式如下：

其中

U_rep(X)为改进斥力势场函数，X_o代表某一障碍物在二维坐标中的位置，m为斥力修正因子指数，Xg为目标点在二维坐标中的位置，F_rep1、F_rep2分别为斥力分解在障碍物指向当前路径点方向、当前路径点指向目标点方向的分力；

F_rep1、F_rep2具体公式如下：

步骤5.3：计算目标点对当前路径点的引力，计算处于影响距离内障碍物对当前路径点的斥力，得到所述当前路径点所受到的引力和斥力的合力；

步骤5.4：计算当前路径点的合力并判定合力是否为0，如果为0，则采用定向随机取点法，找到下一路径点；如果不为0，则根据当前路径点所受到的合力方向行进单位步长距离；

步骤5.5：判断在路径行进中是否存在在某两个点反复震荡问题，如果为是，则采用定向随机取点法，如果为否，则根据当前路径点受到的合力方向行进单位步长距离；

步骤5.6：判定是否达到迭代次数2000次上限，如果是，则记录行进路径点，得到局部最优路径，否则判断当前路径点是否为局部目标点，如果是则得到局部最优路径，结束；否则，返回步骤5.3。