[发明专利]一种具有动态避障功能的水质采样无人艇路径规划方法

说明书

本发明涉及一种具有动态避障功能的水质采样无人艇路径规划方法，包括以下步骤：步骤S1：无人艇启动并自检，开启接收航行所需各项传感器，获取实时地图数据，摘取地图的基本重要信息，并输入无人艇核心处理器中进行处理；步骤S2：开始路径规划前录入水质采样点坐标；步骤S3：利用人工鱼群算法对无人艇航行路线作全局或局部路径规划；步骤S4：由无人艇核心处理器规划生成路线后，参照导航系统和电子罗盘采集的信息，控制船体动力推进系统按照预定路线航行，如果遇到动态障碍物或其他紧急情况，再次返回步骤S3，通过局部路径规划对路线进行修正，重新规划路线。本发明优化生成路线、能够使无人艇对动态障碍物具备一定的躲避能力。

技术领域

本发明涉及路径规划领域，特别是一种具有动态避障功能的水质采样无人艇路径规划方法。

背景技术

当今世界，不论是科学技术领域还是人文领域，人类都取得了非同凡响的进步与成绩。在陆上资源已经被相对充分地开发利用的大背景下，人类开始把目标转向了江河湖海等水体资源。我国领海面积达到了470多万平方公里，海域分布有岛屿7600多个。我国河流湖泊众多，这些河流、湖泊不仅是中国地理环境的重要组成部分，而且还蕴藏着丰富的自然资源。其中流域面积超过1000平方千米的河流就有1500多条，另外我国共有湖泊24800多个，其中面积在1平方公里以上的天然湖泊就有2800多个。

为保障人类社会能够维持可持续化发展，对于水体资源的测绘和监测成为不可或缺的重要工作。根据我国环保部与水力资源部现行规定，不同等级水库需按时定点采集水样作水质分析，以保障居民生活用水；针对我国内湖内河需定时进行水文信息采集，以便监测收集水体信息供绘制地图和水利资源管理。我们在相关水体自然资源的监测和开发过程中，一些问题也随之而来，例如在工作过程中开发过程本身对水资源的污染以及在目前人类对水体环境的复杂工况条件应对不足等问题。

为应对水体环境的复杂工况，减少开发过程本身对水体资源的污染，以及降低对大自然的破坏程度，工程人员迫切需要提升水上装备与设施的建设水平，这其中，最首要的装备就是水面无人艇及其相关技术设备。

为节约能源、保护环境，水质采样与检测等工作多采用水面无人艇进行。水面无人艇具有高度集成、高智能化、体积小巧、噪音小、无污染等优点，高度契合水中作业环境所需的必要条件。

但是也存在以下缺点：载人船只重量大，吃水深，船体尺寸大，在小型水域不够灵活，人力成本高，噪音大，严重影响自然生态文明建设。在路径规划领域中，应用在小型无人艇上的路径规划方法因数目较少，方法不成熟或不能适应水面这种特殊的作业环境，从而导致在进行水质监测和水质采样时往往耗时费力，效率低下，占用大量人工成本的同时且路线规划效果很差。现有的常用技术有A*算法、人工势场法、栅格法、快速拓展随机树法等。现有少量算法在无人船领域的应用不够完善，运算耗时过长，导致规划出的路线效果往往很差、计算效率不高，且大多没有动态避障的功能，这使得无人艇在实际工作运行当中面临一些安全问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供，一种具有动态避障功能的水质采样无人艇路径规划方法，优化生成路线、能够使无人艇对动态障碍物具备一定的躲避能力。

本发明采用以下方案实现：一种具有动态避障功能的水质采样无人艇路径规划方法，包括以下步骤：

步骤S1：无人艇启动并自检，开启接收航行所需各项传感器，获取实时地图数据，摘取地图的基本重要信息，并输入无人艇核心处理器中；

步骤S2：无人艇核心处理器接收实时地图信息，对地图中将要执行路径规划的区域进行二维坐标化处理，开始路径规划前录入水质采样点坐标；

步骤S3：根据无人艇具体任务或作业要求，结合所设置采样点坐标，利用人工鱼群算法对无人艇航行路线作全局或局部路径规划；