[发明专利]一种地面移动单元路网区域巡逻问题建模与轨迹生成方法

摘要

本发明提供了一种地面移动单元路网区域巡逻问题建模与轨迹生成方法，形成无向图，通过探测点到无人车中心相对距离d的分段概率函数来构造无人车监测准确度模型，并计算态势不确定度，当无人车处于某个兴趣点时，计算监视收益值，找出无人车往最大监视收益位置的最短路径，沿着规划路径移动一个时间单位，直至抵达V中的其中一个点。本发明得到的无向图更具有通用性，更能满足实际监视任务需求，并可实现对异构系统合作巡逻的处理；可实现已知监视能力的单个无人车在真实路网环境下的巡逻。本发明特别适用于真实地面路网环境的移动持续监视任务。

主权项

1.一种地面移动单元路网区域巡逻问题建模与轨迹生成方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：进行建模；步骤1.1：首先形成无向图，无向图生成的步骤如下：给定一张路网平面地图，按照实际路网的拓扑结构，沿道路中心线将路网中的道路标出，将所有道路表示为集合形式，计W＝{W₁,…,W_m}，表示m条道路，将所有道路所连接的两侧端点表示为集合形式，计I＝{I₁,…,I_u}，表示u个点；取最小事件发生范围为直径d_e的圆形区域，并取l_e＝a·d_e为允许建模偏差，其中a取大于0小于1的任意数；对于道路集合W中的任意道路W_i，记其连接的两侧端点分别为I_i,1和I_i,2，将I_i,1和I_i,2连接成线段L_i，若L_i与实际道路W_i间的建模偏差l_i不大于允许建模偏差l_e，则直接以L_i替换W_i，若l_i大于l_e，则取道路W_i的中点I_i,m，将W_i分为两段，再分别比较两段的直线段和对应实际道路的建模偏差，若有一段的建模偏差不大于l_e，则用直线段替换该段道路，若有一段的建模偏差仍大于l_e，则再取该段中点，重复判断，直至道路W_i离散成的直线段与对应各段道路的建模偏差l_i均不大于l_e，将所得的所有线段，加入集合W中，并在W中删除W_i，同时将新增的所有中点加入I；重复所有W_i直至完成W中所有道路的离散，使所有道路离散为直线段，计新的道路集合为WN，新的端点集合为IN；对于WN中的任意直线段道路WN_i，若其长度大于d_e，则将其均匀分成s段，使每段长度恰好不大于d_e；重复所有WN_i直至完成WN中所有道路的离散，可使所有道路离散为长度不大于d_e的直线段，计新的道路集合为E，新的端点集合为V；将V和E联合，构造路网的无向图，V中所有端点构成无向图中的点，各点的坐标以实际地理经纬度坐标表示，E中的所有道路构成无向图中的边，无向图中的边权重表示两点间的实际路程；步骤1.2：通过探测点到地面移动单元中心相对距离d的分段概率函数来构造地面移动单元监测准确度模型：其中，d表示探测点到地面移动单元中心相对距离，d_c表示地面移动单元的完全覆盖范围的直径，d_l表示地面移动单元的可覆盖的直径极限；步骤1.3：态势不确定度计算公式为：其中，δ_i即为i点态势不确定度，σ_i表示i点监视权重，t_k表示当前时间，t_lvi表示无向图中第i个点上次被完全识别时的时间，M_f为态势不确定度系数，R_i为覆盖第i个监测点的地面移动单元个数，f_cr为第r个地面移动单元对第i个监测点的传感器监视准确度，通过公式(1)求得；步骤2：生成地面移动单元轨迹；步骤2.1：当地面移动单元处于某个兴趣点时，计算此时该地面移动单元到其他所有点i的监视收益值A_i，计算方法为：A_i＝δ_i‑q_w·d_min                           (3)其中，q_w表示收益系数，d_min为到完全覆盖到目标点的所有监视点中的最短路径，即为可覆盖最短路径；收益系数q_w自适应调整公式为：其中，q_wl为最小收益系数，q_wh为最大收益系数，u_max为最大态势不确定度，u_A为许用最小态势不确定度均值，u_a为当前各点平均态势不确定度，u_m为当前各点最大态势不确定度；步骤2.2：找出地面移动单元往最大监视收益位置的最短路径，若最短路径中需要地面移动单元原路折返，则根据无向图中，地面移动单元所处的兴趣点所连接的边数p，确定地面移动单元在该点的折返概率，取折返的概率为：当点的连通路径数为1，概率为1，当点的连通路径数为p，其中p>1，概率为0.4/p；取概率阈值为q，将折返概率p与概率阈值q进行比较，如p大于q，则地面移动单元原则其他路径移动至最短路径的终点，如p小于等于q，则地面移动单元按照所规划的最短路径到达终点；步骤2.3：沿着步骤2.2规划的路径移动一个时间单位，直至抵达V中的其中一个点。