[发明专利]一种水下无人航行器数据驱动路径规划方法

权利要求书

1.一种水下无人航行器数据驱动路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、对于任务区域，利用栅格法进行环境建模，读取先验知识以更新建模地图，并生成初始全局路径；

步骤B、实时检测并接收观测数据，进行在线路径规划分析；

步骤B1、任务执行初始时刻，基于初始全局路径进行遍历导航，并实时接收高维空间观测分析数据，更新相应栅格内的信息素；

步骤B2、基于规划模式决策评价函数F对全局规划模式和局部规划模式进行决策，若F＜0，则执行步骤B3，由全局规划模式转化为局部规划模式；若F≥0，即计算结果为全局规划，则继续按照初始全局路径进行遍历导航；

其中，决策评价函数F表示如下：

F＝c₁G₁+c₂G₂

其中，G₁表示当前遵循全局规划获得的信息量，G₂表示当前遵循局部规划获得的信息量，c₁、c₂为权重，c₁＞0，c₂＜0，G₁、G₂表达式如下：

其中，n’表示当前未知栅格数，P_i(i＝1,2,...,n')＝cnt/cs，cnt表示目前地图中未知或非目标物的栅格数，cs表示地图中栅格总数，P'_i(i＝1,2,...,m)＝ct/cs，ct表示目前地图中已知目标物的栅格数，m表示待扫描目标物栅格数；

步骤B3、切换为局部路径规划模式，具体的：

步骤B31、依据启发规则集进行局部规划，局部特征密集区遍历完成后，回归初始全局规划路径，所述启发规则集包括目标物区域几何特征判定策略及其对应的导航策略；

步骤B32、继续按照初始全局路径遍历导航，以局部规划结束的位置，回归到初始全局路径，按照初始全局路径行进；

步骤C、重复执行步骤B2和步骤B3，直至完成对任务区域的遍历。

2.根据权利要求1所述的水下无人航行器数据驱动路径规划方法，其特征在于：所述步骤A具体包括以下步骤：

步骤A1、确定最终任务区域并将其划分为若干区块：

首先确定初始任务区域顶点以及栅格大小，栅格大小与细扫的单边扫描宽度相同；计算初始任务区域的最小外接矩形，并对最小外接矩形进行栅格大小整数倍扩建，确定最终任务区域；

以粗扫双边扫描范围为单位，沿最终任务区域宽边进行单元分解，划分若干区块，实验区域区块数＝ceil(栅格地图的宽边栅格数/粗扫双边扫描范围栅格数)；

所述粗扫相对于细扫拥有大的扫描范围，粗扫用以将未知空间最大程度转化为已知，细扫用以对目标物区域遍历，粗扫、细扫的扫描范围比例为n”:1，n”为整数；

步骤A2、读取先验知识，更新建模地图：

读入先验知识，所述先验知识包括已知的任务区域先验数据库，读取先验知识中的坐标信息与状态值，更新栅格地图的栅格状态，得到初始地图信息；

步骤A3、基于初始地图信息生成初始全局路径。

3.根据权利要求1所述的水下无人航行器数据驱动路径规划方法，其特征在于：所述步骤B31中，不同的目标物区域几何特征所对应的导航策略如下：

对于多块矩形区域，采用除草机算法；

对于正方形区域，采用螺旋式扫描算法；

对于不规则多边形区域，采用改进除草机算法，通过分析计算目标物区域多边形的最短弦长，并沿最短弦长方向用传统除草机算法进行扫描，选定扫描方法后，基于启发规则集，确定转弯临界点。