能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法、系统及装置

1.本发明涉及海域巡查技术领域，尤其涉及一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法、系统及装置。


背景技术：

2.目前，在海洋巡逻和海域监控方面，虽然可以配备专业化的海防力量来执行相关任务，例如配备一定数量的巡逻飞机、巡逻船等，但是面对大范围的海洋巡逻与监控任务，传统的海洋巡逻与监控模式很难做到高效率，且存在人员、装备运维成本高等问题。
3.随着智能制造技术的大力发展，以无人机、无人船、无人潜水器为代表的低成本装备逐渐走向成熟，并在军事作战与反恐、资源勘探、水质检测与治理及水上搜救等领域开始实际应用，这为基于无人装备开展海洋巡逻与海域监控提供了重要借鉴作用。相比于传统的海洋巡逻与监控模式，无人装备的应用能够大大提供工作效率，极大地缩小海洋区域巡逻监控的时间，并减少人员、能源等运营成本，同时规避人员在危险海域执行任务的风险，拥有更具前景的应用价值和经济价值。然而，目前针对无人巡逻船的巡逻路径规划的研究较少，缺乏能够应用于无人巡逻船的航行路径规划方法，导致无人巡逻船的应用受到极大限制。并且，现有的航行路径规划方法没有考虑无人巡逻船的能源约束问题，没有考虑无人巡逻船在巡查过程中需要频繁返航充电对整个航行路径的影响。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法、系统及装置。
5.本发明的技术方案如下：
6.第一方面，提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法，所述方法包括以下步骤：
7.s1，确定巡逻船的数量、巡逻船的航速、巡逻船的扫描宽度、巡逻船电池的续航里程数和待巡逻的海域地图；
8.s2，将海域地图建模为方形栅格地图，并确定障碍物区域和待覆盖区域，其中，障碍物区域表示所有存在障碍物的方形栅格构成的区域，待覆盖区域表示所有未存在障碍物的方形栅格构成的区域；
9.s3，根据巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域；
10.s4，确定任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，若是，则结束路径规划，若否，则执行步骤s5；
11.s5，利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数，确定巡逻船是否需要充电，若是，则执行步骤s6，若否，则执行步骤s8；
12.s6，从当前位置沿最短路径到达最近的充电点进行充电；
13.s7，在充电结束后，沿最短路径返回原位置，或者，
14.在充电结束后，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前所在位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前充电位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域；
15.s8，确定当前巡逻船所处的未覆盖区域是否完全覆盖，若是，则执行步骤s9，若否，则执行步骤s10；
16.s9，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域，以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4；
17.s10，确定覆盖路径是否陷入死角，若是，则利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域，以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4，若否，则继续以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4；
18.其中，在每航行一步后，均实时判断任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，若是，则结束路径规划；
19.其中，在每航行一步后，均实时判断巡逻船是否需要充电，若是，则直接返回步骤s6。
20.在一些可能的实现方式中，方形栅格的宽度等于巡逻船的扫描宽度。
21.在一些可能的实现方式中，当巡逻船的数量为1个时，巡逻船的任务区域为待覆盖区域。
22.在一些可能的实现方式中，设定巡逻船的数量为大于1个，设定预设优化目标为完成待覆盖区域覆盖的所需时间最短，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域。
23.在一些可能的实现方式中，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域，包括：
24.从方形栅格地图左侧的第一列栅格开始逐列向右扫描或者从方形栅格地图右侧的第一列栅格开始逐列向左扫描，将扫描过的每列的待覆盖的栅格面积进行累加，当扫描到第ci列时累加的待覆盖的栅格面积之和si满足时，将第c
i-1
+1列到第ci列对应的待覆盖区域划分为第i个巡逻船的任务区域，其中，i＝1，2，...n，c0＝0，s
ω
表示待覆盖区域的总面积，n表示巡逻船的数量。
25.在一些可能的实现方式中，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域，包括：
26.从方形栅格地图上侧的第一行栅格开始逐行向下扫描或者从方形栅格地图下侧的第一行栅格开始逐行向上扫描，将扫描过的每行的待覆盖的栅格面积进行累加，当扫描到第hi行时累加的待覆盖的栅格面积之和ri满足时，将第h
i-1
+1行到第hi行对应的待覆盖区域划分为第i个巡逻船的任务区域，其中，i＝1，2，...n，h0＝0，s
ω
表示待覆
盖区域的总面积，n表示巡逻船的数量。
27.第二方面，还提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划系统，所述系统包括：
28.参数确定模块，用于确定巡逻船的数量、巡逻船的航速、巡逻船的扫描宽度、巡逻船电池的续航里程数和待巡逻的海域地图；
29.栅格地图生成模块，用于将海域地图建模为方形栅格地图，并确定障碍物区域和待覆盖区域；
30.区域划分模块，用于根据巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域；
31.区域路径规划模块，用于以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对任务区域及任务区域的未覆盖区域进行扫描；
32.覆盖情况判断模块，用于实时判断任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率；
33.充电判断模块，用于利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数实时判断确定巡逻船是否需要充电；
34.充电路径规划模块，用于在需要充电时，利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，以及用于在充电结束后，根据预设返回路线规划方式确定充电返回路径，其中，当预设返回路线规划方式为返回原位置时，所述充电路径规划模块确定充电时的最短路径为充电返回路径，当预设返回路线规划方式为重新规划路线时，所述充电路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前所在位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，以最短路径作为充电返回路径；
35.区域覆盖判断模块，用于确定当前巡逻船所处的未覆盖区域是否完全覆盖；
36.覆盖路径判断模块，用于判断覆盖路径是否陷入死角；
37.跨区路径规划模块，用于在当前巡逻船所处的未覆盖区域完全覆盖时，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径，以及用于在当前巡逻船所处的未覆盖区域未完全覆盖且覆盖路径陷入死角时，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径。
38.第三方面，还提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划装置，所述装置包括存储器和处理器；
39.所述存储器存储有至少一条指令；
40.所述处理器用于加载并执行所述存储器中的指令，以执行上述的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法。
41.本发明技术方案的主要优点如下：
42.本发明的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法根据巡逻船的具体参数对海域地图进行栅格地图建模，根据预设优化目标对海域地图进行区域划分，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域进行扫描，且在路径规划过程中，实时进行覆盖率的判断和巡逻船是否需要充电的判断，当需要充电时，到达最近的充电点进行充电，当覆盖率未达到要求时，利用广度优化搜索算法寻找最近的未覆盖区域，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行扫描，能够在考虑巡逻船的能源约束条件下满足预设优化
目标和海域地图的覆盖率的双重要求，实现巡逻船在能源约束条件下的航行路径自动规划，降低海域巡逻所需时间，提高海域巡逻效率。
附图说明
43.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
44.图1为本发明一实施例的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法的流程图；
45.图2为本发明示例1给出的一种海域示意图；
46.图3为图2对应的方形栅格地图；
47.图4为本发明示例1给出的一种任务区域划分结果示意图；
48.图5为本发明一实施例的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划系统的结构示意图；
49.图6为本发明一实施例的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划装置的结构示意图。
具体实施方式
50.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
52.第一方面，参见图1，本发明一实施例提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法，该方法包括以下步骤：
53.s1，确定巡逻船的数量、巡逻船的航速、巡逻船的扫描宽度、巡逻船电池的续航里程数和待巡逻的海域地图；
54.s2，将海域地图建模为方形栅格地图，并确定障碍物区域和待覆盖区域，其中，障碍物区域表示所有存在障碍物的方形栅格构成的区域，待覆盖区域表示所有未存在障碍物的方形栅格构成的区域；
55.s3，根据巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域；
56.s4，确定任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，若是，则结束路径规划，若否，则执行步骤s5；
57.s5，利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数，确定巡逻船是否需要充电，若是，则执行步骤s6，若否，则执行步骤s8；
58.s6，从当前位置沿最短路径到达最近的充电点进行充电；
59.s7，在充电结束后，沿最短路径返回原位置，或者，
60.在充电结束后，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前所在位置曼哈顿距离最
小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前充电位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域；
61.s8，确定当前巡逻船所处的未覆盖区域是否完全覆盖，若是，则执行步骤s9，若否，则执行步骤s10；
62.s9，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域，以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4；
63.s10，确定覆盖路径是否陷入死角，若是，则利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，从当前位置沿最短路径到达最近的未覆盖区域，以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4，若否，则继续以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，并返回步骤s4；
64.其中，每航行一步后，均实时判断任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，若是，则结束路径规划；
65.其中，在每航行一步后，均实时判断巡逻船是否需要充电，若是，则直接返回步骤s6。
66.本发明一实施例提供的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法根据巡逻船的具体参数对海域地图进行栅格地图建模，根据预设优化目标对海域地图进行区域划分，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域进行扫描，且在路径规划过程中，实时进行覆盖率的判断和巡逻船是否需要充电的判断，当需要充电时，到达最近的充电点进行充电，当覆盖率未达到要求时，利用广度优化搜索算法寻找最近的未覆盖区域，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行扫描，能够在考虑巡逻船的能源约束条件下满足预设优化目标和海域地图的覆盖率的双重要求，实现巡逻船在能源约束条件下的航行路径自动规划，降低海域巡逻所需时间，提高海域巡逻效率。
67.由于栅格大小的设定会影响覆盖效率，若栅格过大会导致有些区域过度覆盖，若栅格过小则会导致覆盖时间过长。考虑到海域障碍物一般为岛屿，岛屿的大小通常远大于无人巡逻船探测传感器的扫描宽度。本发明一实施例中，将方形栅格的宽度设置为巡逻船的扫描宽度，以最大程度提高探测扫描的效率。
68.进一步地，本发明一实施例中，可以采用以下方式确定巡逻船是否需要充电：
69.当步骤s5中确定的最短路径的里程数和方形栅格的宽度之和小于巡逻船电池的剩余里程数时，巡逻船不需要充电；
70.当步骤s5中确定的最短路径的里程数和方形栅格的宽度之和大于等于巡逻船电池的剩余里程数时，巡逻船需要充电。
71.在实际海域巡逻应用场景中，优化目标通常为完成待覆盖区域覆盖的所需时间最短，即最小化耗时最长的巡逻船的执行任务时间，以提高海域巡逻效率。
72.具体地，在预设优化目标为完成待覆盖区域覆盖的所需时间最短时，根据巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域，具体包括：
73.当巡逻船的数量为1个时，将待覆盖区域划分为巡逻船的任务区域；
74.当巡逻船的数量为大于1个时，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式
对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域。
75.通过采用等量切分方式对待覆盖区域进行划分，能够保证每个巡逻船负责巡逻监控的任务区域面积尽可能相同，且能够保证巡逻船的巡逻作业分工明确，避免出现路径相互重叠和干扰，提高多个巡逻船的协作效率。
76.作为一种示例，本发明一实施例中，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域，可以包括：
77.从方形栅格地图左侧的第一列栅格开始逐列向右扫描或者从方形栅格地图右侧的第一列栅格开始逐列向左扫描，将扫描过的每列的待覆盖的栅格面积进行累加，当扫描到第ci列时累加的待覆盖的栅格面积之和si满足时，将第c
i-1
+1列到第ci列对应的待覆盖区域划分为第i个巡逻船的任务区域，其中，i＝1，2，...n，c0＝0，s
ω
表示待覆盖区域的总面积，n表示巡逻船的数量。
78.作为另一种示例，本发明一实施例中，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域，可以包括：
79.从方形栅格地图上侧的第一行栅格开始逐行向下扫描或者从方形栅格地图下侧的第一行栅格开始逐行向上扫描，将扫描过的每行的待覆盖的栅格面积进行累加，当扫描到第hi行时累加的待覆盖的栅格面积之和ri满足时，将第h
i-1
+1行到第hi行对应的待覆盖区域划分为第i个巡逻船的任务区域，其中，i＝1，2，...n，h0＝0，s
ω
，表示待覆盖区域的总面积，n表示巡逻船的数量。
80.本发明一实施例中，所采用的往返式覆盖法和螺旋式覆盖法均为本领域常规的区域遍历算法，所采用的广度优先搜索算法为本领域常规的路径搜索算法。往返式覆盖法的步骤及原理例如可以参见技术文献：“choset h，pignon p.coverage path planning：the boustrophedon cellular decomposition[c].field and service robotics.springer，london，1998：203-209”。螺旋式覆盖法的步骤及原理例如可以参见技术文献：“基于栅格地图的机器人覆盖路径规划研究[j].郝宗波等，计算机应用研究，第24卷第10期，第56-58页，2007年”。广度优先搜索算法的步骤及原理例如可以参见技术文献：“tripathy h k，mishra s，thakkar h k，et al.care：a collision-aware mobile robot navigation in grid environment using improved breadth first search[j].computers&electrical engineering，2021，94：107327”。
[0081]
为使本发明的上述技术方案更加清楚，下面将结合具体示例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0082]
示例1
[0083]
该示例1以三沙市-西沙群岛周边海域作为海域巡逻任务的应用场景。
[0084]
巡逻船的参数设定为：巡逻船的数量n＝10，探测航速v
ship
＝20km，扫描宽度w
ship
＝2km，巡逻船电池的续航里程数l
ship
＝400km，一次充电时间t
charge
＝3h。海域地图如图2所示，海域覆盖范围长度约为130km，宽度约为120km，海域面积为s＝15990km2。
[0085]
参见图3，将海域地图建模为方形栅格地图，方形栅格的宽度w
grid
＝w
ship
，方形栅格地图包括障碍物区域和待覆盖区域，待覆盖区域面积为s
ω
＝13764km2。
[0086]
参见图4，以5个巡逻船协同执行海域覆盖任务为例，采用对待覆盖区域进行面积近似的等量切分方式对待覆盖区域进行划分，具体以上述的逐列扫描划分方式对待覆盖区域进行划分，确定5个巡逻船的任务区域，得到的5个任务区域面积分别占比20.8％、20.4％、20％、19.8％和19％。
[0087]
进一步地，在采用往返式覆盖法对巡逻船的任务区域及未覆盖区域进行扫描的基础上，分别以充电后返回原位置的方式和充电后重新规划路径的方式进行路径规划，得到两种路径规划结果。
[0088]
以下表1给出了在采用往返式覆盖法对巡逻船的任务区域及未覆盖区域进行扫描的基础上，且预设覆盖率j
cr
为100％，巡逻船的数量分别为1、5、10条件下的两种路径规划结果对应的指标数据。
[0089]
表1
[0090][0091][0092]
进一步地，在采用螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域及未覆盖区域进行扫描的基础上，分别以充电后返回原位置的方式和充电后重新规划路径的方式进行路径规划，得到两种路径规划结果。
[0093]
以下表2给出了在采用螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域及未覆盖区域进行扫描的基础上，且预设覆盖率j
cr
为100％，巡逻船的数量分别为1、5、10条件下的两种路径规划结果对应的指标数据。
[0094]
表2
[0095][0096]
基于表1和表2的数据可知，由于巡逻船数量越多任务区域的划分会越分散，巡逻船在众多任务区域内需要跨越的区域总体会变多，路径重复率和总步数会适度上升。巡逻船的数量越多，完成海域覆盖所需时间越短。充电后返回原位置会导致充电路径带来额外的重复率，充电后重新规划路径则会导致分割子区域增多带来额外的重复率。在同等条件下，采用往返式覆盖法的重复率、总步数、总时间和充电次数均略低于采用螺旋式覆盖法，在进行路径规划时，可以优先采用往返式覆盖法。在同等条件下，采用充电后重新规划路径的方式的重复率、总步数、总时间和充电次数均略低于采用充电后返回原位置的方式，在进行路径规划时，可以优先采用充电后重新规划路径的方式。
[0097]
第二方面，参见图5，本发明一实施例还提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖
路径规划系统100，该系统100包括：
[0098]
参数确定模块101，用于确定巡逻船的数量、巡逻船的航速、巡逻船的扫描宽度、巡逻船电池的续航里程数和待巡逻的海域地图；
[0099]
栅格地图生成模块102，用于将海域地图建模为方形栅格地图，并确定障碍物区域和待覆盖区域；
[0100]
区域划分模块103，用于根据巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域；
[0101]
区域路径规划模块104，用于以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对任务区域及任务区域的未覆盖区域进行扫描；
[0102]
覆盖情况判断模块105，用于实时判断任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率；
[0103]
充电判断模块106，用于利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数实时判断确定巡逻船是否需要充电；
[0104]
充电路径规划模块107，用于在需要充电时，利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，以及用于在充电结束后，根据预设返回路线规划方式确定充电返回路径，其中，当预设返回路线规划方式为返回原位置时，充电路径规划模块确定充电时的最短路径为充电返回路径，当预设返回路线规划方式为重新规划路线时，充电路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前所在位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径，以最短路径作为充电返回路径；
[0105]
区域覆盖判断模块108，用于确定当前巡逻船所处的未覆盖区域是否完全覆盖；
[0106]
覆盖路径判断模块109，用于判断覆盖路径是否陷入死角；
[0107]
跨区路径规划模块110，用于在当前巡逻船所处的未覆盖区域完全覆盖时，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径，以及用于在当前巡逻船所处的未覆盖区域未完全覆盖且覆盖路径陷入死角时，利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径。
[0108]
具体地，本发明一实施例提供的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划系统在应用时，参数确定模块确定巡逻船的数量、巡逻船的航速、巡逻船的扫描宽度、巡逻船电池的续航里程数和待巡逻的海域地图；栅格地图生成模块根据参数确定模块确定的巡逻船的具体参数和待巡逻的海域地图，将海域地图建模为方形栅格地图，并确定障碍物区域和待覆盖区域；区域划分模块根据栅格地图生成模块生成的方形栅格地图、巡逻船的数量和预设优化目标，对待覆盖区域进行划分，确定每个巡逻船的任务区域；基于区域划分模块的划分结果，区域路径规划模块以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域进行扫描；在区域路径规划模块进行扫描的过程中，覆盖情况判断模块实时判断确定任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，当覆盖率达到预设覆盖率时，结束路径规划；当覆盖率未达到预设覆盖率时，充电判断模块利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，并根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数实时判断确定巡逻船是否需要充电；当需要充电时，充电路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，沿最短路径到达最近的充电点进行充电；在完成充电后，充电路径规划模块根据预设返回路线规划方式确定充电返回路径，当预设返回路线规
划方式为返回原位置时，充电路径规划模块确定充电时的最短路径为充电返回路径，沿最短路径返回原位置；当预设返回路线规划方式为重新规划路线时，充电路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前所在位置曼哈顿距离最小的任务区域的未覆盖区域，确定最短路径作为充电返回路径，沿最短路径到达最近的未覆盖区域；当不需要充电、充电后返回原位置、或者充电后到达最近的未覆盖区域时，区域覆盖判断模块判断确定当前巡逻船所处的未覆盖区域是否完全覆盖；在当前巡逻船所处的未覆盖区域完全覆盖时，跨区路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径，沿最短路径到达最近的未覆盖区域，在到达最近的未覆盖区域后，区域路径规划模块以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对最近的未覆盖区域进行一步扫描；在当前巡逻船所处的未覆盖区域未完全覆盖时，覆盖路径判断模块判断确定覆盖路径是否陷入死角，若覆盖路径未陷入死角，则区域路径规划模块继续以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行一步扫描，若覆盖路径陷入死角，则跨区路径规划模块利用广度优先搜索算法寻找与巡逻船当前位置曼哈顿距离最小的未覆盖区域，并确定最短路径，沿最短路径到达最近的未覆盖区域，在到达最近的未覆盖区域后，区域路径规划模块以往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对最近的未覆盖区域进行一步扫描；在进行路径规划的全过程中，每航行一步，覆盖情况判断模块均实时判断确定任务区域的覆盖率是否达到预设覆盖率，在覆盖率未达到预设覆盖率时继续执行上述过程，在覆盖率达到预设覆盖率时结束路径规划；在进行路径规划的全过程中，每航行一步，充电路径规划模块均利用广度优先搜索算法寻找离巡逻船当前位置最近的充电点，确定最短路径，并根据最短路径的里程数和巡逻船电池的剩余里程数实时判断确定巡逻船是否需要充电，在不需要充电时继续执行上述过程，在需要充电时沿最短路径到最近的充点电进行充电并执行后续过程。
[0109]
第三方面，参见图6，本发明一实施例还提供了一种能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划装置200，该装置200包括存储器201、处理器202、通信接口203和总线204；
[0110]
存储器201存储有至少一条指令；
[0111]
处理器202用于加载并执行存储器201中的指令，以执行上述的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法；
[0112]
通信接口203，用于进行通信，存储器201、处理器202和通信接口203通过总线204相互连接。
[0113]
本发明一实施例中，上述存储器201可以是随机存取存储器(ram)、闪存(flash)、只读存储器(rom)、可擦写可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、寄存器(register)、硬盘、移动硬盘、cd-rom或者本领域技术人员知晓的任何其他形式的存储介质。
[0114]
上述处理器202例如可以是中央处理器(cpu)、通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本技术实施例公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框和模块。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，dsp和微处理器的组合等等。该处理器的详细处理过程请参考上述巡逻船区域覆盖路径规划方法的详细描述，这里不再赘述。
[0115]
上述通信接口203例如可以是接口卡等，可以为以太(ethernet)接口或异步传输
模式(atm)接口。
[0116]
上述总线204可以是外设部件互连标准(pci)总线或扩展工业标准结构(eisa)总线等。总线204可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0117]
本发明一实施例提供的能源约束下的巡逻船区域覆盖路径规划方法、系统及装置根据巡逻船的具体参数对海域地图进行栅格地图建模，根据预设优化目标对海域地图进行区域划分，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对巡逻船的任务区域进行扫描，且在路径规划过程中，实时进行覆盖率的判断和巡逻船是否需要充电的判断，当需要充电时，到达最近的充电点进行充电，当覆盖率未达到要求时，利用广度优化搜索算法寻找最近的未覆盖区域，利用往返式覆盖法或螺旋式覆盖法对未覆盖区域进行扫描，能够在考虑巡逻船的能源约束条件下满足预设优化目标和海域地图的覆盖率的双重要求，实现巡逻船在能源约束条件下的航行路径自动规划，降低海域巡逻所需时间，提高海域巡逻效率。
[0118]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0119]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合，或者一些特征可以忽略，或不执行。
[0120]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
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最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。