用于无人艇航线规划的局部路径修正方法

本发明涉及无人艇航线规划的，尤其涉及一种用于无人艇航线规划的局部路径修正方法。

背景技术：

1、随着科技发展，各国对无人艇的应用研究越来越广泛，智能化成为水面无人艇技术的重要研究方向，智能化意味着在复杂的海洋环境中水面无人艇可以和外部海洋环境进行自主交互，自适应海洋环境的变化，这种交互的一个重要方面就体现在无人艇的自动航线规划上。

2、自动航线规划是实现水面无人艇自主导航的关键技术之一，指在根据已知任务点位置信息，结合海况、水面无人艇操控性能、负载情况而自动规划出一条适宜的安全航线，且可在航行过程中根据感知系统的目标进行局部路径修正。

3、水面无人艇具有体积小、速度快的特点，可在大型水面舰艇无法航行的复杂岛礁区自主航行作业，航线规划是无人艇岛礁区导航作业的关键技术之一，无人艇可根据电子海图导航实现全局航线规划，但是这种规划方法没有考虑潮汐涨落对岛礁区形状的影响，规划的航线不能实时调整，影响航行安全，因此，如何能够根据当前航行途径路线中的障碍物进行适当的局部路径修正，以有效避障，是本发明需要解决的难题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：预处理采集的无人艇历史航行路线数据，分别得到障碍数据、无碍数据；

4、以所述障碍数据和所述无碍数据为分类目标、障碍目标坐标参数为输入值构建分类模型，输出所述障碍数据、所述无碍数据的分类标签；

5、将所述分类标签导入基于有效路径搜索策略构建的修正模型中求解，以生成的解作为修正指标对无人艇障碍航线进行自适应局部修正。

6、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，所述无人艇历史航行路线数据包括无人艇可航区电子海图数据、无人艇航行任务中各起始点与终止点可航行的路线、无人艇可航区各障碍物地理坐标值。

7、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，所述预处理包括：

8、去除所述历史航行路线数据的噪声点，设定障碍物检测值，依次检测所述历史航行路线数据中的障碍物点；

9、将所述障碍物点与邻域内其他节点进行比较，判断是否为噪声点，若是，则以所述邻域内所有节点灰度平均值替代，若否，则以原灰度值输出；

10、利用sobel算子锐化去燥的所述历史航行路线数据，结合加权平均增强所述历史航行路线数据边缘两侧的所述障碍物点；

11、利用差分近似微分策略将所述sobel算子与所述历史航行路线数据进行卷积完成检测，找到所述历史航行路线数据中局部交叉变化最显著的部分障碍物点的集合；

12、根据所述历史航行路线数据的灰度、格式、几何性质将含义不同的信息区域分开，选取阈值，利用频率分布信息进行二值化分割，获得预处理完成的障碍物点和无碍点。

13、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，定义所述障碍物点为障碍数据、所述无碍点为无碍数据。

14、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，所述分类模型以多分类对数损失函数作为目标函数，其数学表达公式如下：

15、

16、其中，a为输入的实例，n为样本输入数量，m为待分类的类别数量，i为无碍数据类，j为障碍数据类，bij为对于a的真实类别，pj为属于类别j的概率值。

17、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，所述分类标签以数值形式进行表示，包括：

18、所述无碍数据的分类标签为0；

19、所述障碍数据的分类标签为1。

20、作为本发明所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法的一种优选方案，对所述修正模型求解，包括：

21、xl＝{xl1…xlk}

22、yl＝{yl1…ylk}

23、

24、其中，航行路径网络(x，y)，x为起始点，y为终止点，l为线路，u和v分别为线路l中的第u条和第v条路径，k为常数。

25、本发明的有益效果：本发明通过预处理技术精确分类障碍目标，并以分类模型对分类目标进行有效分类，再以修正模型的求解结果作为修正指标，对无人艇航线进行自适应局部修正，提高了算法的鲁棒性的同时，有效进行路径避障，提升海面无人艇巡航任务的准确度、效率和安全性。

技术特征：

1.一种用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，所述无人艇历史航行路线数据包括无人艇可航区电子海图数据、无人艇航行任务中各起始点与终止点可航行的路线、无人艇可航区各障碍物地理坐标值。

3.根据权利要求1或2所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，所述预处理包括：

4.根据权利要求3所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，定义所述障碍物点为障碍数据、所述无碍点为无碍数据。

5.根据权利要求1所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，所述分类模型以多分类对数损失函数作为目标函数，其数学表达公式如下：

6.根据权利要求5所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，所述分类标签以数值形式进行表示，包括：

7.根据权利要求1所述的用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，其特征在于，对所述修正模型求解，包括：

技术总结本发明公开了一种用于无人艇航线规划的局部路径修正方法，包括：预处理采集的无人艇历史航行路线数据，分别得到障碍数据、无碍数据；以障碍数据和无碍数据为分类目标、障碍目标坐标参数为输入值构建分类模型，输出障碍数据、无碍数据的分类标签；将分类标签导入基于有效路径搜索策略构建的修正模型中求解，以生成的解作为修正指标对无人艇障碍航线进行自适应局部修正。本发明通过预处理技术精确分类障碍目标，并以分类模型对分类目标进行有效分类，再以修正模型的求解结果作为修正指标，对无人艇航线进行自适应局部修正，提高了算法的鲁棒性的同时，有效进行路径避障，提升海面无人艇巡航任务的准确度、效率和安全性。技术研发人员：张军,张强,李臣受保护的技术使用者：江苏海事职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/7/4