[发明专利]一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法

摘要

本发明公开了一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法，根据无人艇当前时刻的位置和速度，以及障碍物的位置和速度，判断碰撞风险，计算会发生碰撞的区域，然后把此区域投影到栅格地图上，通过让无人艇避让此区域（危险区域）来达到避开障碍物的目的。本发明方法结合海上船只避障规则，运用Theta*搜索算法进行路径规划，最终得到无人艇行驶路径即与障碍物不发生碰撞，又能符合海上避障规则避开障碍物。通过仿真实验证明，本方法具有较好的避障效果。

主权项

1.一种基于预测碰撞危险区域的无人艇避障方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取无人艇和障碍物当前的相关信息：通过GPS或北斗和惯导传感器获取无人艇的位置，运动和姿态信息，再通过无人艇自身携带的多传感器数据融合进行环境建模得到障碍物的位置，运动和尺寸信息，根据障碍物的不同尺寸将障碍物建模为大小不同的圆形状障碍物；步骤二，通过无人艇以及障碍物当前位置速度信息来判断是否具有碰撞风险：判断无人艇与障碍物是否有碰撞风险是通过计算无人艇与障碍物相距最近点的方法实现的，即通过计算无人艇到障碍物最近点所需要的时间tCPA，和无人艇到达障碍物最接近点两者相距距离dCPA来判断；当两者同时满足tCPA≤tmax和dCPA≤dmin，其中tmax，dmin均为已知的参数，此时才会有碰撞风险，如果不能同时满足上述条件，即无碰撞风险；当无人艇与障碍物有碰撞风险时，进行以下步骤；步骤三，将预测得到的碰撞危险区域投影到栅格地图上：经过步骤二判断无人艇与障碍物有碰撞风险的情况下，计算障碍物与无人艇相距最近时刻障碍物的具体位置，即在预计发生碰撞时，障碍物的具体位置，根据障碍物的尺寸信息，把障碍物区域投影到栅格地图上，简称POA区域；步骤四，判断无人艇与障碍物所处的海事场景：在单一障碍物的情况下，一般存在四种较为简单的海事场景：“相遇”、“追击”、“障碍物从左侧交叉穿过”、“障碍物从右侧交叉穿过”；在完成投影POA区域后，需判断障碍物与无人艇处在何种海事场景下，而要判断处于何种海事场景，则通过无人艇与障碍物的相对位置方向和相对速度来判断；步骤五，在判断海事场景后，采用海事规则进行额外障碍物区域的添加：针对不同的海事场景，采用不同的海事规则，在POA区域周围添加不同的附加障碍物区域；额外障碍物的添加的目的是让Theta*算法搜寻出一条既符合海事规则，又能避开障碍物的较为合理的路径；步骤六，用路径规划算法Theta*算法进行路径规划：用Theta*算法在栅格地图内进行路径规划，最终找到一条符合无人艇避障规则，又能与障碍物不发生碰撞的路径。