[发明专利]一种无人艇的智能航路规划方法及系统

说明书

本发明涉及一种无人艇的智能航路规划方法及系统，包括：加载外部环境数据、电子海图、导航数据、光电数据、任务信息；根据任务信息确定任务区域及其边界，根据外部环境数据、电子海图、导航数据以及光电数据，确定无人艇当前位置；若无人艇当前位置位于任务区域外，则进行全局航路规划；若无人艇当前位置位于任务区域内，则进行局部航路规划。本发明采用分层规划的思想，基于无人艇的自身特性及环境约束等设计路径规划单元、轨迹规划单元以及任务规划单元，并采用多信息智能化融合处理的算法，形成具有智能性、自主性、综合性的航路规划一体化系统。

技术领域

本发明涉及船舶航行规划技术领域，具体涉及一种无人艇的路径规划、轨迹规划以及任务规划等综合智能航行规划方法及系统。

背景技术

近年来，随着海洋资源的逐步开采，世界大国正将国防与外交重点转向海洋，另外，军事装备也在向无人化方向发展，在这种趋势下，水面无人艇受到国内外专家学者越来越多的关注。作为无人艇正常航行的重要环节，路径规划是指无人艇在具有障碍物的环境中，能够规划出一条从起始位置状态到目标位置状态无碰撞的最优路径或次优路径，并满足所有约束条件，是实现无人艇智能化的关键技术之一。目前大多数路径规划算法适用的场景主要为无人艇的自由航行，任务单一，无法满足不同任务需求下的合理规划，避碰能力比较单薄，且未充分考虑无人艇自身欠驱动的特性以及机动能力的限制，这直接使得无人艇规划仅仅停留在算法研究上，与实际工作仍有较大的差距。

目前，在技术研究领域，国外很早就对水面无人艇的路径规划及避碰方面的内容展开了深入的研究，并在路径规划避碰的技术方面有很多创新之处。相比之下，我国关于水面无人艇路径规划，任务规划，避碰方法等还比较薄弱，且无人艇的任务单一，仍有很多新的技术功能还有待进一步的研发和突破。

针对上述问题，本发明给出一种无人艇智能航行一体化系统的设计方案，负责任务规划、路径轨迹及航行规划，可完成不同的任务。主要包括水面搜索任务、定速侦察任务、定速巡航任务、自主任务优化等。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无人艇的智能航路规划方法及系统，采用分层规划的思想，基于无人艇的自身特性及环境约束等设计路径规划单元、轨迹规划单元以及任务规划单元，并采用多信息智能化融合处理的算法，形成具有智能性、自主性、综合性的航路规划一体化系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种无人艇的智能航路规划方法，包括：

加载外部环境数据、电子海图、导航数据、光电数据、任务信息；所述任务信息包括任务类别、任务点坐标以及任务工作范围信息；

根据任务信息确定任务区域及其边界，根据外部环境数据、电子海图、导航数据以及光电数据，确定无人艇当前位置；

若无人艇当前位置位于任务区域外，则进行全局航路规划；所述全局航路为无人艇当前位置到任务区域最近边界点的航路；

若无人艇当前位置位于任务区域内，则进行局部航路规划；所述局部航路为在任务区域内，根据任务类型不同采用不同策略规划的航路。

进一步的，该方法还包括：在无人艇根据规划航路行进过程中，根据障碍物信息对规划航路上的航行点进行更新。

进一步的，所述的根据障碍物信息对规划航路上的航行点进行更新，包括：

判断障碍物是否为静态障碍物，

若为静态障碍物，则计算无人艇航行安全角并规划避障点，将所述避障点作为下一航行点插入到原航路的航行点序列中；

若为动态障碍物，则根据无人艇运动状态信息与障碍物运动状态信息构建避障模型，动态规划避障点并将所述避障点作为下一航行点插入到原航路的航行点序列中。

进一步的，所述碰撞模型如下式所示：