[发明专利]一种基于改进Bi-RRT算法的无人艇自动避碰方法

说明书

本申请公开了一种基于改进Bi‑RRT算法的无人艇自动避碰方法，包括：步骤1，采用并行算法，以无人艇的当前位置和目标位置分别建立第一搜索树和第二搜索树；步骤2，分别根据预设探索步长、父节点坐标，确定第一延伸子节点坐标和第二延伸子节点坐标；步骤3，当判定第一延伸子节点坐标或第二延伸子节点坐标位于障碍物区域外时，根据第一延伸子节点坐标更新第一搜索树，或根据第二延伸子节点坐标更新第二搜索树执行步骤2；步骤4，当判定第一延伸子节点坐标和第二延伸子节点坐标之间的距离小于或等于预设探索步长时，将路径点之间的连线记作调整航线。通过本申请中的技术方案，有利于使父节点远离障碍物，并向目标方向延伸，增强了避碰方法的实时性。

技术领域

本申请涉及无人艇自动避碰的技术领域，具体而言，涉及一种基于改进Bi-RRT算法的无人艇自动避碰方法。

背景技术

水面无人艇(unmanned surface vehicle，USV)因其具有自主程度高、航速快、隐身性能好及机动性强等特点被广泛应用在水文探测、海事巡航以及军事作战等领域。近年来随着人工智能技术的再一次兴起及自动驾驶技术的大规模普及，无人艇作为智能技术与传统船舶学科交叉融合的产物，已成为国内外智能装备的研究热点之一。水面无人艇实现智能航行关键技术点之一在于自动避碰，自动避碰技术一定程度上能反映无人艇智能化水平的高低。

而现有技术中，无人艇自动避碰方法主要分为三种，一是船舶领域模型法，二是基于速度障碍原理的避碰方法，三是将其转化为路径规划问题。其中，第一种船舶领域模型法主要思路是：首先根据目标船相对于本船的速度和航向求得两船相遇的最近会遇距离(distance to closet point of approach,DC-PA)和到达最近会遇点的时间(time tocloset point of approach,TCPA)，从而根据两船之间的DC-PA的大小确定是否存在碰撞危险，根据TCPA的大小可以粗略确定其危险程度。该方法大都局限于某些或某类因素如船速、船长、会遇态势等易得的数据，而对于环境及无人艇操纵性能等不确定因素极少考虑，这显然大大降低了其在无人艇避碰技术中的有效性和合理性。

第二种基于速度障碍原理的避碰方法主要思路是：根据无人艇和避障物的对地速度计算其相对速度，分析判断二者的相对速度和相对位置之间的角度关系，得出避碰的可行路径范围，并通过改变无人艇的运动方向来完成对障碍物的避让。该方法需要不断判断与计算无人艇与障碍物之间的方位关系，尽管数学逻辑简单但计算量大，智能化程度较低。

第三种路径规划方法主要思路是：将智能优化方法如遗传算法、鱼群算法运用在避碰路径规划技术上。该方法尽管智能化程度较高但是往往忽略无人艇避碰问题中的实际态势，规划出的路径往往无法直接应用在实际工程问题。

发明内容

本申请的目的在于：提高避碰方法的有效性和合理性，并提高避碰方法的响应速率。

本申请的技术方案是：提供了一种基于改进Bi-RRT算法的无人艇自动避碰方法，该避碰方法适用于，无人艇根据设定航线航行过程中，无人艇获取到障碍物信息后，对设定航线的调整，障碍物信息包括障碍物坐标和障碍物尺寸，该避碰方法包括：步骤1，采用并行计算方法，以无人艇的当前位置建立第一搜索树，将当前位置记作第一父节点坐标，并以无人艇的目标位置建立第二搜索树，将目标位置记作第二父节点坐标，其中，目标位置由障碍物信息和设定航线确定；步骤2，分别根据预设探索步长、第一父节点坐标和第二父节点坐标，确定第一延伸子节点坐标和第二延伸子节点坐标；步骤3，根据障碍物信息和安全半径，确定障碍物区域，当判定第一延伸子节点坐标位于障碍物区域外时，根据第一延伸子节点坐标更新第一搜索树，并将第一延伸子节点坐标记作下一阶段第一搜索树的第一父节点坐标，执行步骤2，当判定第二延伸子节点坐标位于障碍物区域外时，根据第二延伸子节点坐标更新第二搜索树，并将第二延伸子节点坐标记作下一阶段第二搜索树的第二父节点坐标，执行步骤2；步骤4，当判定第一延伸子节点坐标和第二延伸子节点坐标之间的距离小于或等于预设探索步长时，将第一延伸子节点坐标和第二延伸子节点坐标记作路径点，并将路径点之间的连线记作调整航线。