劉海林蘇昱碩林彥渠(普通合伙)37247GO1C21/20(2006一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)本發(fā)明公開了一種適用于管控區(qū)域的無人進(jìn)行地圖的柵格化，匯總起進(jìn)行地圖的柵格化，匯總起始點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)、管制區(qū)域、障礙物信息，并標(biāo)注。改進(jìn)A-Star算法，引入能耗模型與管制區(qū)域模型從起點(diǎn)開始，遍歷周圍節(jié)點(diǎn)，計(jì)算全局評(píng)價(jià)函數(shù)，找到最低的全局評(píng)價(jià)函數(shù)值的子節(jié)點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)遍歷新的母節(jié)點(diǎn)周圍的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，找到全局評(píng)價(jià)函數(shù)最低的子節(jié)點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)，以此類推母節(jié)點(diǎn)周圍的子節(jié)點(diǎn)中存在目標(biāo)點(diǎn)信息，找到路徑，算法結(jié)束2所述步驟2中啟發(fā)式函數(shù)f(n)表達(dá)式為：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，其特征在A(n)=(wa·D(n,goal))+(we·E(n,goal))·DF(n)·BP(n);3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，其特征在所述管制區(qū)域模型Fguan為：4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，其特征在Density(n)障礙物數(shù)量/檢查的總網(wǎng)格數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，其特征在3Bcurrent表示當(dāng)前電池電量。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)能耗的定義是：4技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及水上路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法。背景技術(shù)[0002]海洋所蘊(yùn)含的資源無窮無盡，近年來，各國(guó)開始了對(duì)海洋資源的爭(zhēng)先探索，其蘊(yùn)含的豐富的生物資源、化石能源等對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展具有極大的意義，無人艇作為一種能夠承擔(dān)低成本、高效率、長(zhǎng)時(shí)間任務(wù)的運(yùn)載平臺(tái)，近年來被各國(guó)廣泛的應(yīng)用于海洋探測(cè)領(lǐng)域，無人艇得到了前所未有的進(jìn)步和發(fā)展，路徑規(guī)劃技術(shù)是無人艇自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，路徑規(guī)劃是根據(jù)已有的起點(diǎn)和終點(diǎn)及障礙物信息，規(guī)劃出一條高效、安全的行駛路徑，其包括全局路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃，分別涉及對(duì)靜態(tài)障礙物及動(dòng)態(tài)障礙物的有效處理。[0003]現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于無人艇路徑規(guī)劃給出了多種方案，都能有效地提高了無人艇路徑規(guī)劃的效率和安全性。但是，由于無人艇是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，且電池容量有限，在無人艇執(zhí)行任務(wù)的過程中，如果路途遙遠(yuǎn)，無人艇可能會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行完任務(wù)難以返回到初始點(diǎn)的情況，并且，無人艇所航行的海域可能會(huì)出現(xiàn)特殊情況如封鎖、惡劣天氣等管制區(qū)域，無人艇在航行過程中是不能通過該區(qū)域的，否則會(huì)被擊沉或者被雷暴摧毀，這對(duì)無人艇而言是極大的損失。因此，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)無人艇的路徑規(guī)劃算法，以提高無人艇的節(jié)能水平并可以規(guī)避管制區(qū)域。發(fā)明內(nèi)容[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法。[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能步驟1,獲取無人艇的起點(diǎn)、終點(diǎn)、障礙物、管制區(qū)域信息，采用柵格地圖的形式將起點(diǎn)、終點(diǎn)和障礙物信息標(biāo)注在地圖上，并在上面加入管制區(qū)域信息；步驟2,向A-Star算法的啟發(fā)式函數(shù)中引入能耗模型和管制區(qū)域模型；步驟3,無人艇根據(jù)步驟2的啟發(fā)式函數(shù)從起點(diǎn)開始，搜索周圍八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，并判斷每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)是夠在地圖范圍內(nèi)，計(jì)算在地圖范圍內(nèi)的子節(jié)點(diǎn)各自的總代價(jià)函數(shù)，選取總代價(jià)函數(shù)值最小的子節(jié)點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)，遍歷新的母節(jié)點(diǎn)周圍八個(gè)子節(jié)點(diǎn)；步驟4,重復(fù)步驟3,當(dāng)遍歷的子節(jié)點(diǎn)中存在終點(diǎn)坐標(biāo)信息，算法終止，完成路徑規(guī)所述步驟2中啟發(fā)式函數(shù)f(n)表達(dá)式為：5A(n)=(wa·D(n,goal))+(we·E(n,goal))·DF(n)·[0007]上述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，所述管制區(qū)域模型[0008]上述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，所述障礙物密集因子計(jì)算方式為：建立二維密度圖，對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)算器周其中，r為電池消耗比例因子，r=Etotal/Bcur[0010]上述的一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n6鎖區(qū)等領(lǐng)域，能夠有效地規(guī)避該區(qū)域，提高無人艇航行的安全性，符合無人艇的實(shí)際航行需附圖說明[0013]圖1是本發(fā)明流程示意圖；圖2是本發(fā)明無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖；圖3是傳統(tǒng)A-STAR算法路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖；圖4是管控區(qū)域開放時(shí)本發(fā)明無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖；圖5是管控區(qū)域關(guān)閉時(shí)本發(fā)明無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖；圖6是管控區(qū)域開放且極端天氣移動(dòng)時(shí)本發(fā)明無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖；圖7是管控區(qū)域關(guān)閉且極端天氣移動(dòng)時(shí)本發(fā)明無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果示意圖。具體實(shí)施方式[0014]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。[0015]如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種適用于管控區(qū)域的無人艇節(jié)能路徑規(guī)劃方法，具體過程包括：根據(jù)已有的地圖信息，收集地圖中的起始點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)、靜態(tài)障礙物信息，并對(duì)已有的地圖進(jìn)行二值化、柵格化，建立柵格地圖，將獲得的起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)信息標(biāo)注在柵格地圖中，并標(biāo)出地圖中的靜態(tài)障礙物位置。然后通過岸基人員傳遞的信息，在地圖中標(biāo)注管制區(qū)域的位置和大小，特別指出的是，管制區(qū)域中的一部分情況如雷暴天氣等可能是動(dòng)態(tài)移動(dòng)表，分別用于存在子節(jié)點(diǎn)信息和每個(gè)子結(jié)點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)值。Child_node表是一個(gè)二維數(shù)組，分別存儲(chǔ)子節(jié)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，0PEN_listcost表是一個(gè)三維數(shù)組。其中，g(n)表示節(jié)點(diǎn)n經(jīng)父節(jié)點(diǎn)到起點(diǎn)的代價(jià)。h(n)表示從節(jié)點(diǎn)n到終點(diǎn)的代價(jià)。h(n)可以由曼哈頓距離、歐氏距離和切比雪夫距離表示。改進(jìn)的A-Star算法的啟發(fā)式函數(shù)的定義是：h(n)=(wd·D(n,goal))+(we·E(n,goal))·DF(n)·BP(n)·(1+rweA(n)=(wd·D(n,goal))+(we·E(n,goal))·DF(n)·BP(n)耗模型，其中，D(n,goal)表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的直線距離，E(n,goal)表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)能耗，DF(n)表示障礙物密集因子，BP(n)表示電池狀態(tài)懲罰因子。Wd和We分別表示距離權(quán)重和能量權(quán)重，本實(shí)施例設(shè)置其數(shù)值分別為0.4與0.6。7E(n,goal)=da·Cb+T·CT;人艇在航行過程中，頻繁的轉(zhuǎn)向會(huì)導(dǎo)致總代價(jià)函數(shù)值的變高議一個(gè)二維密度圖，對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)算其周圍的固定半徑(本實(shí)施例設(shè)置這個(gè)固定半徑大小為2)內(nèi)的障礙物比例Density(n)障礙物數(shù)量/檢查的總格子數(shù)。密度值的大小在0到[0020]定義電池消耗比例因子r,r=Etotal/Bcurrent,其中Etotal表示航行總消耗，當(dāng)0.5<r≤0.7時(shí)，表示無人艇剩余的電池電量足夠，可以返回，此時(shí)的BP(n)=1。險(xiǎn)值，取值為0或1,其中1表示最高風(fēng)險(xiǎn)，相當(dāng)于障礙物，代表這個(gè)節(jié)點(diǎn)是管制區(qū)域內(nèi)。8rweight表示一個(gè)權(quán)重參數(shù)，本實(shí)施例設(shè)置為2.0,用于調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)路徑選擇的影響程度。這樣設(shè)計(jì)的好處是，當(dāng)無人艇到達(dá)管制區(qū)域附近時(shí)，倘若有一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬于管制區(qū)域，此時(shí)的nr的值變?yōu)?,總體的Fguan的值變?yōu)?,此時(shí)這個(gè)節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)函數(shù)值非常高，而其他不在管制區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)函數(shù)值比其小，因此，無人艇航行過程中會(huì)更加偏向于選擇總代價(jià)函數(shù)值更低的點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)的選擇，也就是選擇更偏向于非管制區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，可以有效地避免無人艇駛向例如基地、極端天氣區(qū)域，有效地保證了無人艇航行的安全性。[0022]無人艇從起點(diǎn)開始，遍歷周圍的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，將每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)加入到Chlid_node表中去，分別存儲(chǔ)子節(jié)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值，依次判斷周圍的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)函數(shù)值，將每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的f(n)、g(n)、h(n)的值存儲(chǔ)到Open_listcost表中，選擇最小的總代價(jià)函數(shù)值的子節(jié)點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)，無人艇的下一步將運(yùn)動(dòng)到這個(gè)母節(jié)點(diǎn)的位置上。然后將新的母節(jié)點(diǎn)的位置信息添加到OPEN表中，從新的母節(jié)點(diǎn)開始，先清空Chlid_node表中的信息，再次遍歷周圍的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，再次將每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的位置信息和代價(jià)函數(shù)值等添加到Chlid_node表和Open_listcost表中，找到周圍八個(gè)子節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)函數(shù)值的大小，選擇總代價(jià)函數(shù)值最小的點(diǎn)作為新的母節(jié)點(diǎn)，再次將這個(gè)母節(jié)點(diǎn)的信息加入到OPEN表中，以此類推。在無人艇尋找最優(yōu)路徑的過程中，會(huì)遇到管制區(qū)域，無人艇會(huì)根據(jù)自身設(shè)定好的算法選擇遠(yuǎn)離管制區(qū)域的路徑運(yùn)動(dòng)，盡量避免靠近管制區(qū)域，提高無人艇航行的安全性。然后，直到新確立的母節(jié)點(diǎn)周圍的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)中存在目標(biāo)點(diǎn)的信息的時(shí)候，算法結(jié)束，證明找到全局路徑。最后將目標(biāo)點(diǎn)的信息加入到OPEN表中。[0023]這樣設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)A-Star算法而言更有優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)A-Star算法在尋找目標(biāo)點(diǎn)的過程中，不是判斷子節(jié)點(diǎn)中是否存在目標(biāo)點(diǎn)的信息，而是再次進(jìn)行母節(jié)點(diǎn)搜索，找到代價(jià)函數(shù)值最低的節(jié)點(diǎn)，一般而言，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就是目標(biāo)點(diǎn)，但是會(huì)比此算法多算一步，程序運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，由于無人艇是在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行的，算力不佳，本算法可能更加省內(nèi)存，更有利于無人艇快速搜索路徑，也更有利于無人艇能夠快速對(duì)障礙物信息作出反應(yīng)。所有的節(jié)點(diǎn)就是無人艇運(yùn)動(dòng)的拐點(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連線后就是無人艇的規(guī)劃路徑。[0025]經(jīng)過上述步驟，無人艇在路徑搜索過程中，會(huì)根據(jù)改進(jìn)的啟發(fā)式函數(shù)的作用，選擇池懲罰因子等因素影響的能耗模型，無人艇航行的能耗更低，在某些情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)的算法而言，無人艇在完成任務(wù)后能夠有足夠的電量保證其返航。另外，由于加入了管制區(qū)域模型，將管制區(qū)域比作為一個(gè)磁場(chǎng)性質(zhì)的動(dòng)態(tài)障礙物，使得無人聽在靠近管制區(qū)域附近時(shí)，會(huì)使得其代價(jià)函數(shù)值變高，無人艇會(huì)自主的避開這個(gè)管制區(qū)域，有效地提高了無人艇航行的安全性，也符合了無人艇航行的合法性。[0026]圖2表示基于能耗模型的無人艇路徑規(guī)劃結(jié)果，圖3表示傳統(tǒng)A-Star算法的路徑規(guī)劃結(jié)果，其中，仿真結(jié)果在20×20的柵格地圖中進(jìn)行，起點(diǎn)坐標(biāo)是(1,20),終點(diǎn)坐標(biāo)是(20,1),綠色圓形表示起點(diǎn)、紅色圓形表示終點(diǎn)、藍(lán)色線條是規(guī)劃路徑、黃色圓點(diǎn)表示路徑拐點(diǎn)、灰色方塊表示障礙物。根據(jù)對(duì)比可知，改進(jìn)后的算法更偏向于直線行駛，減少了轉(zhuǎn)彎次數(shù)，降低了能耗，提高了無人艇完成任務(wù)后的返航率。9[0027]在20×20的柵格地圖中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，其中綠色方格表示起點(diǎn)，紅色方格表示終點(diǎn)，黑色方格表示障礙物，黑色線條表示規(guī)劃路徑，線條上的藍(lán)色點(diǎn)表示無人艇現(xiàn)在的位置，藍(lán)色區(qū)域表示極端天氣，黃色區(qū)域表示封鎖區(qū)等管制區(qū)域，極端天氣等效于動(dòng)態(tài)障礙物，其初始位置為(2,7),其仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。由仿真結(jié)果可知，當(dāng)管制區(qū)域處于開放階段，無人艇將會(huì)通過管制區(qū)域，當(dāng)管制區(qū)域處于封閉階段，無人艇會(huì)重新規(guī)劃路徑，繞開管制區(qū)域階段，防止無人艇進(jìn)入管制區(qū)域后發(fā)生不要的危險(xiǎn)。當(dāng)極端天氣的初始位置是在(4,4)時(shí)，其仿真結(jié)果如圖6和圖7所示，當(dāng)極端天氣區(qū)域影響到無人艇的航行時(shí)，無人艇會(huì)選擇更換航線，遇到管制區(qū)域處于封閉狀態(tài)時(shí)，無人艇會(huì)重新規(guī)劃路線，保證無人艇的安全航行與導(dǎo)航。[0028]以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。進(jìn)行地圖的柵格化，匯總起進(jìn)行地圖的柵格化，