差速无人船的路径优化方法、装置及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及路径优化技术领域，尤其涉及一种差速无人船的路径优化方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

目前，在工业无人车技术领域，工业无人车能够根据系统规划的路径进行移动，工业无人车在转弯时走折线。不过，在应用至差速无人船时，由于差速无人船在转弯时无法走折线，只能走曲线，从而使得通过类似为工业无人车规划的路径并不能适用于差速无人船。纵然，可以对该路径进行曲线优化，但是优化后的有些转弯处的曲线会出现不够平滑的情况，并不能保证无人船能够顺利的由该转弯处通过，特别是当转弯处的速度较快的情况下。

因此，有必须提供一种差速无人船的路径优化方法，便于优化出适合差速无人船转弯的路径。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种差速无人船的路径优化方法、装置及计算机可读存储介质，便于优化出适合差速无人船转弯的路径。

为实现上述目的，本发明提供一种差速无人船的路径优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.求得生成的初始路径上的每相邻两路径片段之间的夹角差值；

b.对所述初始路径上的第一路径点执行如下操作：

如果所述初始路径上的第一路径片段与第二路径片段之间的夹角差值在预设差值以下，则执行步骤c；

如果所述第一路径片段与所述第二路径片段之间的夹角差值在所述预设差值以上，且如果所述第一路径片段的长度大于预设长度值，则在所述第一路径片段上距离所述第一路径点预设长度值的位置插入第一插入点，其中所述预设长度值不小于无人船的物理最小转弯半径，如果所述第一路径点的速度大于预设的最大限制速度，则所述第一插入点的速度取所述最大限制速度，否则，所述第一插入点的速度取所述第一路径点的速度；如果第二路径片段的长度大于所述预设长度值，则在所述第二路径片段上距离所述第一路径点预设长度值的位置插入第二插入点；如果所述第一路径点的速度大于所述最大限制速度，则所述第二插入点的速度取所述最大限制速度，否则，所述第二插入点的速度取所述第一路径点的速度；

c.对所述初始路径上的第二路径点执行步骤b的操作。

较佳地，步骤b还包括：

如果所述第一路径点的速度大于所述最大限制速度且所述第一路径片段的长度大于最小设定距离时，则在所述第一路径片段上距离所述第一路径点所述最小设定距离的位置插入第三插入点，所述第三插入点的速度取所述最大限制速度，其中所述最小设定距离为所述路径点的速度超过对应的速度阈值时的产生的设定值，所述最小设定距离大于所述预设长度值，所述速度阈值不大于所述最大限制速度。

较佳地，步骤b还包括：

如果所述第一路径点的速度大于速度阈值时，且所述第二路径片段大于预设距离时，则在所述第二路径片段上距离所述第一路径点所述预设距离的位置插入第四插入点，所述第四插入点的速度取所述最大限制速度，其中所述预设距离大于所述预设长度值。

较佳地，当所述第一路径片段与所述第二路径片段之间的夹角差值在所述预设差值以上，其被划分为至少两个角度范围，包含更大角度值的所述角度范围对应设置更大的所述最大限制速度。

较佳地，还包括位于所述速度阈值之上的至少一距离切换阈值以根据所述路径点的不同速度区间产生不同的所述最小设定距离。

较佳地，当所述初始路径上的对应的路径点依次执行完步骤b的操作后，对完成初步优化的初步优化路径进行曲线优化以得到符合无人船转弯特性的轨迹。

较佳地，所述“进行曲线优化”具体为：将所述初步优化路径上的所有路径点依次代入四阶贝塞尔曲线进行曲线优化。

较佳地，所述预设长度值等于无人船的物理最小转弯半径值。

为实现上述目的，本发明还提供一种差速无人船的路径优化装置，包括：

一个或多个存储器；

一个或多个处理器；及

存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的差速无人船的路径优化方法。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的差速无人船的路径优化方法。

与现有技术相比，本发明优化形成的初步优化路径能够在后续进行曲线优化后，首先能够保证当对应的夹角差值超过一定值时，每一个转弯处的弧线的半径都至少大于无人船物理最小转弯半径，进而确保在速度不是很快的情况下，无人船可以顺利进行转弯；而且，通过将插入点的速度限制为最大限制速度，进一步提升无人船的顺利转弯程度。

附图说明

图1为本发明实施例中的初始路径的部分片段的示意图。

图2为本发明实施例中的初步优化路径的部分片段的示意图。

图3为本发明实施例差速无人船的路径优化方法的流程图。

图4为本发明实施例差速无人船的路径优化装置的示意框图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

实施例一

请参阅图1至图3，本发明公开了一种差速无人船的路径优化方法，包括如下步骤：

a.求得生成的初始路径上的每相邻两路径片段之间的夹角差值；

b.对初始路径上的第一路径点b执行如下操作：

如果初始路径上的第一路径片段ab与第二路径片段bc之间的夹角差值δδab在预设差值以下，则执行步骤c；具体而言，第一路径片段ab为第零路径点a与第一路径点b之间的直线段，第二路径片段bc为第一路径点b与第二路径点c之间的直线段；

如果第一路径片段ab与第二路径片段bc之间的夹角差值δδab在预设差值以上，且如果第一路径片段ab的长度大于预设长度值l，则在第一路径片段ab上距离第一路径点b预设长度值l的位置插入第一插入点b，其中预设长度值l不小于无人船的物理最小转弯半径r，如果第一路径点b的速度sb大于预设的最大限制速度smax，则第一插入点b的速度取最大限制速度smax，否则，第一插入点b的速度取第一路径点b的速度sb；如果第二路径片段bc的长度大于预设长度值l，则在第二路径片段bc上距离第一路径点b预设长度值l的位置插入第二插入点c；如果第一路径点b的速度sb大于最大限制速度smax，则第二插入点c的速度取最大限制速度smax，否则，第二插入点c的速度取第一路径点b的速度sb；

c.对初始路径上的第二路径点c执行步骤b的操作；即：

如果第三路径片段(图未示)与第二路径片段bc之间的夹角差值在预设差值以下，则执行步骤c(对初始路径上的第三路径点执行步骤b的操作)；

如果第三路径片段与第二路径片段bc之间的夹角差值在预设差值以上，且如果第二路径片段bc的长度大于预设长度值l，则在第二路径片段上距离第二路径点c预设长度值l的位置插入第一插入点，其中预设长度值l不小于无人船的物理最小转弯半径r；如果第二路径点c的速度大于预设的最大限制速度smax，则第一插入点的速度取最大限制速度smax，否则，第一插入点的速度取第二路径点c的速度；如果第三路径片段的长度大于预设长度值l，则在第三路径片段上距离第二路径点c预设长度值l的位置插入第二插入点；如果第二路径点c的速度大于最大限制速度smax，则第二插入点的速度取最大限制速度smax，否则，第二插入点的速度取第二路径点c的速度。

按照上述方式，依次对初始路径上的第三点、第四点……第n点进行相应的操作，以完成对初始路径的初步优化。

通过上述操作，使得在后续进行曲线优化后，首先能够保证当对应的夹角差值超过一定值时，每一个转弯处的弧线的半径都至少大于无人船物理最小转弯半径r，进而确保在速度不是很快的情况下，无人船可以顺利进行转弯；而且，通过将插入点的速度限制为最大限制速度smax，进一步提升无人船的顺利转弯程度。

作为优选的实施方式，预设长度值l等于无人船的物理最小转弯半径r值；通过该设计，既能够保证每一个转弯处的弧线的半径都大于无人船物理最小转弯半径r，也不会将每一个转弯处的弧线拉的过长(超出转弯需要)。当然，预设长度值l也可以适当超出无人船的物理最小转弯半径r值，以留有余量，进一步增强转弯的可靠性。或者，预设长度值l超出无人船的物理最小转弯半径r值多少也可以同时考虑速度因素，也就是说，即便是在速度超出最大限制速度smax的情况下，预设长度值l的设置仍然能够保证转弯的顺利。

作为优选的实施方式，步骤b还包括：

如果第一路径点b的速度sb大于最大限制速度smax且第一路径片段ab的长度大于最小设定距离dmin时，则在第一路径片段ab上距离第一路径点b最小设定距离dmin的位置插入第三插入点d，第三插入点d的速度取最大限制速度smax，其中最小设定距离dmin为路径点的速度超过对应的速度阈值时的产生的设定值，最小设定距离dmin大于预设长度值l，速度阈值不大于最大限制速度smax。通过该操作，在保证每一个转弯处的弧线的半径都大于无人船物理最小转弯半径r的情况下(能够保证速度不是很大时，转弯的顺利进行)，能够使转弯处变的更加平滑，有效保证了速度较大情况下的转弯的顺利进行，同时增加插入点也更有有利于后续优化时曲线的生成。

作为优选的实施方式，步骤b还包括：

如果第一路径点b的速度sb大于速度阈值时(此时会根据设定自动产生最小设定距离dmin)，且第二路径片段bc的长度大于预设距离时，则在第二路径片段bc上距离第一路径点b预设距离的位置插入第四插入点e，第四插入点e的速度取最大限制速度smax，其中预设距离大于预设长度值l。通过该设计，在速度角度的情况下，能够进一步将对应转弯处的弧线拉长，使对应的曲线更加平滑，进一步保证了转弯的顺利进行。

在一具体实施方式中，预设长度值l取值无人船的物理最小转弯半径r0.5m，预设距离取值为1m。

作为优选的实施方式，当第一路径片段ab与第二路径片段bc之间的夹角差值δδab在预设差值以上时，其被划分为至少两个角度范围，包含更大角度值的角度范围对应设置更大的最大限制速度smax。

在一具体实施方式中，夹角差值δδab在15度以下时，对第二路径点c执行相应的操作；夹角差值δδab在15度以上时执行相应插入点操作。夹角差值δδab在15度与30度之间时第一路径点b的速度sb取值为2m/s，夹角差值δδab在30度以上时第一路径点b的速度sb取值为1m/s。

作为优选的实施方式，还包括位于速度阈值之上的至少一距离切换阈值以根据路径点的不同速度区间产生不同的最小设定距离dmin。

在一具体实施方式中，最小设定距离dmin在第一路径点b的速度sb大于1m/s时取值为2m，在第一路径点b的速度sb大于2m/s时取值为4m，在第一路径点b的速度sb大于4m/s时取值为6m。

作为优选的实施方式，当初始路径上的对应的路径点依次执行完步骤b的操作后，对完成初步优化的初步优化路径进行曲线优化以得到符合无人船转弯特性的轨迹。

在一具体实施方式中，“进行曲线优化”具体为：将初步优化路径上的所有路径点依次代入四阶贝塞尔曲线进行曲线优化。

具体的曲线优化的方式为本领域技术人员所熟知，在此不作展开描述。

实施例二

请结合参阅图4，本发明还提供一种差速无人船的路径优化装置，包括：一个或多个存储器30、一个或多个处理器40以及存储在存储器30上并可在处理器40上运行的计算机程序，处理器40执行计算机程序时，实现如上所述的差速无人船的路径优化方法。

实施例三

本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器40执行时，实现如上所述的差速无人船的路径优化方法。

以上为对本发明所提供的差速无人船的路径优化方法、装置及计算机可读存储介质的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。