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申请/专利权人：北京工商大学

摘要：本发明公开了一种基于船体动力学约束模型的无人船路径规划方法，属于湖泊水质采样以及路径规划领域，具体为首先，对监测湖面的环境进行图像采集，对各障碍物进行等效标准图形替换；然后，建立船身姿态和速度进行控制保证的运动学模型；接着，对监测湖面中除去障碍物以外存在的危险区域进行建模；最后，无人船采用改进的A*算法规划出起点到目标点之间的路径，结合障碍物和威胁区域的建模，对路径中存在的拐点，利用转弯策略对无人船的姿态进行调整。在无人船真实遍历过程中，面对无人船受到的水流或风速影响，加入稳船偏转策略，保证无人船始终航行在规划路径上。本发明明显缩短了路径规划所消耗的时间，减少了设备成本。

主权项：1.一种基于船体动力学约束模型的无人船路径规划方法，其特征在于，具体步骤如下：首先、对监测湖面的环境进行图像采集，对湖面环境中的各障碍物分别进行等效标准图形替换，得到各标准图形的边界包络，作为路径规划中的障碍物表示；具体步骤如下：步骤101、针对每个障碍物，将障碍物整体的边界轮廓按圆周均匀布上N个采样点，进行等角度采样，并将所有采样点的坐标保存在z集合中；其公式如下：z＝{z0,z1,z2,.....,zN}zk＝xk,yk,k＝1,2,3,...,N上式中z0,z1,z2,...,zN分别表示各个采样点，xk和yk分别代表了第k个采样点zk在水平面坐标上的位置；步骤102、针对各障碍物中，选择局部深度差较大的障碍物，将其边界各采样点的坐标柔化处理；首先，选择障碍物中深度差较大的最凸采样点或最凹采样点zk，在其两侧按顺序各选取两个相邻采样点，基于这五个点的求和与比值调节采样点zk的坐标值，其公式如下： 步骤103：利用处理后各障碍物的采样点坐标，分别求各障碍物的质心在水平面的投影坐标；其公式如下： 其中，和为障碍物的质心坐标对应x轴和y轴的值；采样点zi的坐标为xi,yi；104：基于各障碍物的质心坐标，建立各自障碍威胁的等效标准图形的边界包络方程；其公式如下： 其中，其中Rs为无人巡航船的惯性安全范围，q、p、a、b是决定障碍物等效之后在水平面上的投影的形状的参数，其中，x为障碍物等效标准图形在水平面上的边界的x轴坐标值，y为障碍物等效标准图形在水平面上的边界的y轴坐标值；然后、建立船身姿态和速度进行控制保证的运动学模型，作为路径规划时的无人船的运动学模型；接着、对监测湖面中除去障碍物以外存在的危险区域或已知地图中存在的危险区域进行建模，作为路径规划时的威胁区域；最后、无人船采用改进的A*算法规划出起点到目标点之间的路径，结合障碍物和威胁区域的建模，对路径中存在的拐点，利用转弯策略对无人船的姿态进行调整；并在无人船真实遍历过程中，面对无人船受到的水流或风速影响，加入稳船偏转策略，保证无人船始终航行在规划路径上。

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百度查询： 北京工商大学 一种基于船体动力学约束模型的无人船路径规划方法