[发明专利]一种面向DEM的无道路区域路径规划算法的方法

权利要求书

1.一种面向DEM的无道路区域路径规划算法的方法，其特征在于，所述规划算法的方法为一种两层路径规划算法PRM-A*，选择概率路线图(PRM)作为第一层规划策略，粗略地找到初始路径；

然后膨胀初始路径，从而限制第二次路径搜索的范围，最后，在限定的范围内执行A*找到最终路径；

具体的算法采用如下公式：

g＝dh/ds (1)

1/v＝0.75+14.6g²；C＝d/v (2)

Cw＝280.5g⁵-58.7g⁴-76.8g³+51.9g²+19.6g+2.5 (3)

Cw′＝(g+0.45)×(-2.018)+Cw_-0.45 (4)

Cw′＝(g-0.45)×50.038+Cw_+0.45 (5)

其中斜率g的定义如公式(1)所示，h是高度s是水平距离。时间成本函数为公式(2)，其中d表示两点之间的步行距离。坡度从-0.45到0.45的能量成本函数按公式(3)计算，其中成本的单位为Joule·Kilogram^-1·meter^-1。低于-0.45和高于+0.45的斜率分别表示为Cw′和Cw；

该公式仅在具有恒定斜率的路径中有效，如果路径上的斜率不同，则应分节计算。

2.根据权利要求1所述的一种面向DEM的无道路区域路径规划算法的方法，其特征在于，所述规划算法中还可采用Bresenham直线画法，Bresenham会将直线经过的栅格点依次求解出来，对每两个相邻栅格点计算成本，最后进行累加，具体的计算公式如下：

两个相邻网格之间的斜率定义为等式(6)，其中ele表示网格的高程，s表示网格之间的实际水平距离；通过公式(7)计算两个栅格之间单位水平长度的时间成本，是对应于一个单位水平距离的实际步行距离；步行单位水平长度的能量成本通过公式(8)计算，其中M为60kg，在能量成本中使用Cw′或Cw代替Cw计算了斜率大于+0.45或小于-0.45的线段；通过公式(9)获得两点之间的直线成本，其中s_n是第n个网格与第n+1个网格之间的水平距离，c_n，n+1是其上的单位成本。

3.根据权利要求1所述的一种面向DEM的无道路区域路径规划算法的方法，其特征在于，所述PRM-A*算法的具体操作步骤分为两层工作，第一层工作为首先通过在网格上进行均匀采样来获得一定数量的采样点，可以自定义采样点的数量，根据每个采样点之间的二维距离，我们找到每个点的k个最近邻点，查找K最近的邻居的具体细节由KDtree实现，然后，我们计算每两个邻居的直线成本，并连接两个节点作为拓扑图中的边，最后，对拓扑图执行A*以查找初始路径；选取与k个最近的邻居时，K设置为10。

4.根据权利要求3所述的一种面向DEM的无道路区域路径规划算法的方法，其特征在于，所述PRM-A*算法的第二层A*现在可以在较小范围的区域上使用，属于限定范围的所有网格都将转换为节点，每两个相邻节点形成一条边，采用八方向节点作为相邻节点，A*维护一个open列表和一个closed列表，使用最小堆来维护open列表，并将closed列表转换为节点状态，在这种情况下，A*的算法复杂度为O(nlgn)，最终路径可以在第二层A*之后获得。