[发明专利]一种三维环境的搜救ROV路径规划系统及方法

说明书

本发明公开了一种三维环境的搜救ROV路径规划系统及方法，其中，环境建模模块用于获取ROV机器人水下环境信息，将ROV机器人运动的区域从真实的环境中抽象出三维空间模型，构建水下环境地图三维栅格模型；算法调用路径生成模块用于选择路径规划的目标点，并以ROV的当前位置作为路径规划的起始点，目标位置为终点；采用基于JPS‑COSPS的三维路径规划算法，输入水下环境地图三维栅格模型、起始点、目标点，进行路径规划，获得规划路径；路径检测模块用于通过判断规划路径完整度，保证路径连续。本发明降低了三维环境复杂性，降低寻路难度；保障路径安全性、保证路径质量和保证路径平滑度；保障搜救ROV的运行顺利。

技术领域

本发明涉及搜救ROV路径规划技术，特别是涉及一种三维环境的搜救ROV路径规划系统及方法。

背景技术

ROV(遥控水下机器人，Remotely Operated Underwater Vehicle)很早就被应用于搜救工作之中，它可以在从海面到海底的各种水深状况下工作，具有不可替代的优势。但在搜索的过程中，ROV的运行仍是人工操作，需要操作员保持着极高的专注度，但长时间的工作必然会对操作员的精神至身体造成极大的负担。为了减轻操作员的操作压力，ROV机器人已经不能仅仅满足于手动操作的运行方式，而是应该向着自动化的方向发展，为完善ROV机器人的应用领域，路径规划至关重要。

现有技术中，张旋,皮大伟,王洪亮,谢伯元,王显会,王尔烈,孙晓旺所著一种基于改进A*算法的类三维路径规划方法，具体包括如下步骤：步骤(1)：预处理原始数字高程模型,即DEM；步骤(2)：提取分析障碍物因素,建立环境地图模型：建立的环境地图模型基于模糊化障碍物概念，所建模型包含了模糊化障碍物的分布；步骤(3)：优化改进A*算法的代价函数,建立总代价函数；步骤(4)：运用改进A*算法于建立更优的环境地图模型,搜索得到最优路径。该方法仅用二维的地图上就有效的表示了环境信息，极大地缩小了数据存储量；把可行驶区域和模糊化障碍物融合到一起，扩大了路径规划的区域，为缩短规划长度提供了可行性。

现有技术方案虽优点很明显，不仅把可行驶区域和模糊化障碍物融合到一起，将复杂的三维环境简化为二维，减少计算量，扩大了路径规划的区域，但对于较为复杂的水下三维环境而言，二维地图难以表示；且对于ROV机器人而言，路径的安全性与平滑要求更高，上述技术方案在此方面并无过多要求，不利于ROV搜救工作的进行。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种三维环境的搜救ROV路径规划系统。

本发明的另一个目的是提供一种三维环境的搜救ROV路径规划方法，从水下搜救任务中大范围扫描需求出发，实现三维路径规划功能，提高搜救效率，使ROV更好的应用在救援领域中。

技术方案：本发明的一种三维环境的搜救ROV路径规划系统，包括：

环境建模模块，用于获取ROV机器人水下环境信息，将ROV机器人运动的区域从真实的环境中抽象出三维空间模型，并细分多个三维区域，且每个区域都用三维信息表示，构建水下环境地图三维栅格模型；

算法调用路径生成模块，用于选择路径规划的目标点，并以ROV的当前位置作为路径规划的起始点，目标位置为终点；判断所选取目标点是否合理，不合理将重新选择；采用基于JPS-COSPS的三维路径规划算法，输入水下环境地图三维栅格模型、起始点、目标点，进行路径规划，获得规划路径；

路径检测模块，用于通过判断规划路径完整度，保证路径连续；通过检测路径中是否存在相同路径，保证ROV的运行顺畅；通过检测路径是否贴近障碍物，保证路径安全性；若检测的规划路径不可行，则反馈算法调用路径生成模块重新进行路径规划，若检测的规划路径可行，则输出可行的规划路径。

本发明的另一实施例中，一种三维环境的搜救ROV路径规划方法，包括以下步骤：