[发明专利]一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法及系统

权利要求书

1.一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1、通过一系列传感器构建感知单元处理实时输出帆船的基本信息，并利用摄像头监控帆船周围环境，自动检测周围环境的障碍物并输出障碍物方位信息；

步骤2、根据实时的气象信息和地图信息，每隔一定时间规划长途航线路径，每隔一千米输出设定间距之间的目标点；

步骤3、综合考虑障碍物、帆船航行特性以及风向等信息规划帆船的局部路径，每隔十米输出相对应的路径点；

步骤4、利用船只控制模块的风帆控制器和循迹控制器，根据当前的相对风向并结合帆船速度来实时地调节风帆角度，结合局部路径规划输出的路径点、距离以及风向等误差输出舵角，控制帆船在既定轨迹附近运动。

2.根据权利要求1所述的一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，根据所述步骤1中感知单元输出的帆船实时信息以及障碍区构建航行地图，通过相应间隔之间的起始点和目标点构成的矩形并向外扩张后得到栅格化地图。

3.根据权利要求2所述的一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，在所述栅格化地图中选取并计算某一节点的损失F，包括起始节点到该节点的损失G和该节点到目标节点的损失H，其计算公式如下所示：

F＝G+H

G＝G_p+k₁G_ω+k₂G_t+k₃G_do+G_f

H＝k₄||p_g-p_c||k₂

其中，G_p为起始点到父节点的损失；G_ω为风向损失；G_t为转向损失；G_do为方向型障碍物损失；G_f为一步路程的固定损失；H为当前节点到目标节点的欧式距离，k₁，k₂，k₃，k₄为比例系数，p_g为目标节点坐标，p_c为当前节点坐标。

4.根据权利要求3所述的一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，根据所述栅格化地图中任一节点的损失F执行如下步骤：

首先，初始化开放列表、关闭列表，计算平均风向与帆船平均速度，并将起始节点加入到开放列表中；

其次，当开放列表未出现目标节点时，将开放列表中损失F最小的节点设置为当前节点，并将其加入到关闭列表中；当开放列表出现目标节点时，对当前节点相邻的8个节点中的每一个节点进行依次查询；

再者，若当前节点相邻的8个节点中有障碍物或已在关闭列表中，直接继续下一个点，若其不在开启列表中，加入到开启列表，设置父节点为当前节点，并计算F、G、H；若其已在开启列表中，以当前节点为父节点计算G，若G变小，则将父节点设置为当前节点，重新计算F，否则保持不变；

最后，判断最终开启列表是否为空，若为空，则说明路径不存在。

5.根据权利要求4所述的一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，根据所述开启列表中的节点损伤F判定障碍物方位信息，通过所述方位信息构建相应的航线路径。

6.根据权利要求5所述的一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，其特征在于，根据所述航线路径信息规划线性控制器，所述线性控制器通过负反馈以及误差变量算法得到舵角s_r：

其中，e_d为路径偏离误差，为首向误差，K_p，K_i，K_d为线性控制器的比例项系数，积分项系数和微分项系数。