[发明专利]一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法

权利要求书

1.一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：建立环境模型；

步骤(2)：预处理：通过分层规划策略将环境模型划分为不同高度层，通过地图重构策略对当前高度层地图进行重建，得到多个不同高度层的二维重构地图；

步骤(3)：对二维重构地图进行二维全覆盖路径规划：对当前位置节点进行区域分支判断，按照死区、局部区域到全局区域的顺序进行筛选；若当前位置节点位于死区，则应用摆脱死区策略摆脱死区；若位于非死区区域，则再对当前位置节点进行分支判断，若当前位置节点是边界节点及靠近障碍物节点时，应用局部运动策略找出下一个未覆盖节点，即为当前位置节点找到路径更短的下一位置节点；若非上面两种情况，则将全局运动策略应用于剩余节点；

步骤(4)：后处理：采用层间连接策略关联不同层之间的子节点和父节点；

步骤(5)：判断是否遍历三维环境中所有高度层，若未完成，则重复步骤(2)到步骤(4)；反之，则进入下一步；

步骤(6)：进行路径追溯，利用节点信息，反向找出完整的三维路径并输出；

步骤(2)具体包括如下步骤：

步骤(21)：采用分层规划策略将环境模型划分为不同高度层，依据当前区域内的最高和最低障碍物的高度差值来获取层间间隔；

步骤(22)：获取层间间隔后，由地图重构策略对当前高度层地图进行重建，依据当前层内障碍物位置信息，重新构建出障碍物地图以及地图边界，得到二维重构地图；

步骤(21)采用分层规划策略将环境模型划分为不同高度层，依据当前区域内的最高和最低障碍物的高度差值来获取层间间隔，具体为：

判断当前区域内的最高和最低障碍物的高度差值h_max-h_min，t₁、t₂、t₃为不同区间高度的边界值，当位于[1,t₁]时，无人机以1m作为不同层的间隔距离；若位于[t₁+1,t₂]时，以2m作为间隔距离；若大于t₂+1，则以3m作为最大的间隔距离；

步骤(22)由地图重构策略对当前高度层地图进行重建，依据当前层内障碍物位置信息，重新构建出障碍物地图以及地图边界，得到二维重构地图，具体为：

地图中的障碍物判断计算表达式如下：

O_k＝O_k∪o_(x y),(x y)∈U₁,p∈[1,u],k∈[0,h_u],

式中，O_k为重构地图障碍物节点集合，u为步骤(21)计算出的H值，h_u为三维环境的最大高度值，U₁为当前高度层二维地图位置节点集合，p∈[1,u]表示当前层是属于哪个高度区间，(x y)∈U₁表示初始层所属高度区间障碍物集合中的坐标点，k表示当前层的高度值，表示为障碍物坐标点o_(x y)的高度值，如果此障碍点高度值大于当前层高度，则将其并入O_k中；反之，则舍弃；

地图的边界位置计算表达式如下：

y_max＝oy_max+2,x_max＝ox_max+2,y_min＝oy_min-2,x_min＝ox_min-2

式中，y_max、x_max、y_min、x_min分别为重构地图的上下左右边界坐标位置大小，oy_max、ox_max、oy_min、ox_min分别为当前层所有障碍物中的横纵坐标最大和最小值；

步骤(3)中的“若当前位置节点位于死区，则应用摆脱死区策略摆脱死区”具体为：

采用环形分阶段化对比搜索方式，在前n个环形遍历时，同时遍历相邻两个环，对两个相邻环的未覆盖点使用A*算法找出路径及其长度，将所选环中超出重构地图的错误节点剔除后，再通过对比这两个相邻环中所有的未覆盖点的路径长度，找出其中最短长度的未覆盖节点，并将其作为下一节点，否则，环继续往外遍历；

若在遍历到第n+1个环时，存在一个环有未覆盖点存在，先将所选环中超出重构地图的错误节点剔除，再找到此环中未覆盖点的最短路径节点作为下一节点，否则，继续往外遍历；

在遍历到第n+2个环及其之后，重新找到一个有未覆盖点的环，并将所选环中超出重构地图的错误节点剔除，找到此环中最短路径的未覆盖节点作为下一节点；

步骤(3)中的“将全局运动策略应用于剩余节点”具体为：

当前点非此层起点时，采用转向置信函数和标记函数找出下一位置节点，否则，采用次层起点动态搜寻策略搜寻下一未覆盖节点。