一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统的制作方法

本发明属于指挥决策中的仿真和控制管理技术领域，特别是一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统。

背景技术：

仿真技术是计算机系统结合物理效应模拟设备和工具，根据研究目标建立和运行模型，并通过已有的研究，以全面交叉学科和知识为基础的改造对象。随着计算机信息技术的不断发展，平行仿真这一技术在国防和军队建设发展过程中具有重要现实意义，甚至已经逐渐开始渗入到我们日常生活中的各个领域。设计一种基于平行仿真系统的军用路径规划应用，为解决在行军运输过程中援助指挥官及时了解前方环境信息、在不同态势下调整相应的行军运输路线，提高作战效率、降低运输成本等方面的问题。

军用路径规划的作用是保证部队安全、高效完成既定任务。它的前提要求是保证任务的执行具有高效率、高可靠性。面对更广泛的现场指挥和执行复杂任务的情况，相关的路径规划技术解决方案面临着更高的要求。如何在规划好的运输路线上应对突发威胁规避以及如何快速重新进行路径规划的方法，是军用路径规划问题解决的重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统，能够迅速更新并共享数据信息，解决行军过程突发威胁造成运输成本高、人员伤亡的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统，包括通信模块、环境信息识别模块、路径规划模块、监测模块以及控制系统；

所述通信模块用于环境信息识别模块、路径规划模块、监测模块与控制系统传输数据信息；

所述环境信息识别模块用于采集行军区域的地图信息；

所述路径规划模块用于根据环境信息识别模块得到的地图信息实现地图建模，并将运输过程抽象为二维空间的约束优化问题，并根据蚁群算法来仿真得到最优行军路径；

所述监测模块用于对行军过程中运输路径沿途侦查，检测该行军路线中的障碍物；

所述控制系统模块对监测模块检测到的障碍物进行标记处理，完成地图信息更新，进一步通过通信模块将更新过的地图信息作用于路径规划模块，通过仿真得到新的行军仿真路线。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明所有模块组网互联，能够迅速更新并共享数据信息；通过优化路径规划结果，解决行军过程突发威胁造成运输成本高、人员伤亡的问题；通过平行仿真技术和路径规划融合，不间断循环的平行仿真，推演路径方案可行性，缩短路径更替调度时间，规避障碍物，极大提升运输效率，配合辅助监控保护措施，进一步降低运输途中突发威胁造成的影响，增强了运输安全。

附图说明

图1为本发明的组成模块示意图。

图2为本发明实施例的行军区域地图显示。

图3为本发明实施例的行军路线规划图。

图4为本发明实施例的监测模块提示风险信息示意图。

图5为本发明的控制系统结构图。

图6为本发明实施例中平行仿真路径规划实现的流程图。

图7为本发明实施例的一种仿真路线计算结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

现结合某某行军想定和附图作为本发明实施例对本发明进一步说明。

某某行军想定为某一真实环境下的某一连队从a地区域出发，途经敌方阵地沿线，按照仿真路径规划路线达到b地区域的过程。设a地区域的出发点分别为名为王村1和王村2，b地区域的目的点分别名为王村3和王村4，通过基于平行仿真的军用路径规划支持系统完成行军任务。

关于本发明实施例中行军想定的具体情况描述如下：

基本情况包括：执行行军任务单位为一个轻型车机动连队，划分为两个纵队，纵队中包括分队梯队，梯队的最低装备标准为人员10人、人员配套装备10套、油料75升，轻型机动车一辆。已知行军地域的情况包含无名高地、炮兵阵地、敌方防御阵地、敌连指挥所、敌方控制区域等。

行军目标制定：从a目的地到达b目的地，行军过程中需规避敌方障碍物，躲避敌方火力打击范围，确保在无人员伤亡等情况下到达目的地。

参阅图1所示，本发明的一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统，它包括通信模块1、监测模块3、环境信息识别模块4、路径规划模块5和控制系统2。通信模块1、监测模块3、环境信息识别模块4、路径规划模块5分别与控制系统2相连。

通信模块1用于实现环境信息识别模块4、路径规划模块5、监测模块3与控制系统2传输数据信息。通信模块通过组网，将环境信息识别模块、路径规划模块、监测模块与控制系统传输数据，实现信息互联互通，实时更新行军路线模型计算结果。需要说明的是，该实施例的通信模块1为无线通信模块但不仅限于无线通信方式。其无线通信模块包括gsm模块、3g模块、4g模块、5g模块、wifi模块、ptr2000无线传输模块、zigbee模块或蓝牙模块中的一种或几种。

参阅图2所示，环境信息识别模块4通过卫星地图定位、雷达等态势感知手段采集该行军区域的地图信息，绘制得到该区域的地形图，包括无名高地、镇康敌控地区、敌通信枢纽、敌坦克集群、敌炮兵阵地等信息。

参阅图3所示，路径规划模块5根据环境信息识别模块4得到的地形图中的信息，将运输过程抽象为二维空间的约束优化问题，约束条件是避免与无名高地、镇康敌控地区、敌通信枢纽、敌坦克集群、敌炮兵阵地等障碍物接触，优化函数由路径长度函数和障碍物惩罚函数组成，路径规划的数学建模问题可以描述为求解下述表达式的最小值：

minf＝μ1fs+μ2fc

其中，fs为路径长度函数，fc为路径点中遇到的障碍物组成的障碍点惩罚函数，μ1和μ2为权重值，且μ1+μ2＝1。

将行军路线划分为n个路径点，则行军的路径长度fs计算公式如下：

其中，pi(i＝1，2，...，n)表示第i个路径点的位置，si表示第i和i+1两个位置点之间的距离；

障碍物惩罚函数fc计算公式如下：

其中，为第i个路径点对于第j个障碍物qj(j＝1，2，...，k)的障碍惩罚函数。m(i，j)为第i个路径点和第j个障碍物之间的距离，n为路径点的个数，k为障碍物数量。蚁群算法根据模拟蚂蚁寻找食物的最短路径行为来设计的仿生算法，因此本发明实施例选取蚁群算法进行仿真优化函数minf＝μ1fs+μ2fc。

设定蚁群算法的初始化参数，将蚂蚁数量设定为50，信息素重要程度因子设定为1，启发函数重要程度因子设定为7，信息素挥发因子设定为0.3，常系数设定为1，迭代次数设置为100。进而通过蚁群算法仿真得到图3中用于表示需要完成行军任务最优行军路径的两条线段，分别代表运输路线0纵队和运输路线1纵队。

参阅图3所示，以该地区的地图态势为参考，两条线段表示两个行军纵队经过仿真计算出的预定线路，如图标示分别代表纵队1和纵队2的行军建议路线，当两个纵队开始出发时，左边靠近起始位置点的不规则四边形代表行军纵队实际位置所在点；左边远离起始位置点的不规则四边形代表仿真结果的行军纵队所在位置点，该位置点为监测模块3对沿途侦查数据仿真得到的位置点，作为纵队的行军建议位置点。

参阅图4所示，监测模块3由光电传感器和红外传感器组成，用于前方道路探测、辐射及距离测量、红外图像呈现等功能。在行军过程中对运输路径沿途侦查，检测到该行军路线中具有核生化风险，并通过通信模块1反馈到控制系统2，控制系统2模块对返回的信息进行障碍物标记处理，完成地图信息更新，进一步通过通信模块1将更新过的地图信息作用于路径规划模块5，通过仿真得到新的行军仿真路线。将监测的将路况信息作为行军路线中影响路上机动、行军装备效能及行军障碍规避的参考要素。

图5为控制系统2的结构图。控制系统2，用于对环境信息识别模块4、监测模块3、路径规划模块5传送过来的信息进行处理，具体包括：将环境信息识别模块4绘制得到的行军区域地形图通过栅格法转换为栅格图，调用路径规划模块5仿真求解该栅格图中的最短路径作为行军路线，并根据监测模块3标记的障碍物实时更新地图信息，对新的地图进行栅格图转换，实现路径规划模块5所需仿真求解的栅格图更新，实现路径规划实时仿真。结合控制系统2对图5进行说明：控制系统2包括运输状态感知、运输状态构建、运输状态演化、运输状态预测、仿真引擎。上述各个部分以及环境信息识别模块4、监测模块3、路径规划模块5通过通信模块1连接起来，实现数据通信。控制系统2的运输状态感知部分控制监测模块3对运输路径沿途侦查，以状态流的方式传递光电传感器和红外传感器监测信息从而得到行军运输中的障碍物信息，将障碍物信息作用于路径规划模块5，完成运输状态构建。路径规划模块5得到仿真的行军路径后，风险偏差设置通过监测模块3对地形图中的障碍物不断更新，修正运输地图信息，完成运输状态演化，使建模数据不断向运输过程中面临的真实情况逼近，进而降低了模型在障碍物预测方面的误差。运输状态预测功能随着行军过程的推进，路径规划模块5仿真得到的行军运输路径不断向最优路径的态势推演，根据行军路径最短的态势评估标准得到最优行军路径。通过matlab仿真引擎提供时钟推进、运行控制、调度管理和数据分发管理等功能，支撑控制系统2正常运行。

图6为本发明实施例中平行仿真路径规划实现的流程图。

基于平行仿真的军用路径规划支持系统确保通信模块1运行并检查环境信息识别模块4的环境信息输入是否正确并得到准确环境信息条件；进一步地，控制系统2接收行军运输计划；进一步地，确保通信模块1传递的数据包格式正确，确保数据准确无误；进一步地，路径规划模块5执行路径规划仿真；进一步地，监测模块3处理实际行军途中遇到的障碍物情况通过光电传感器和红外传感器对行军路线进行侦查，将得到的信息进行障碍物信息数据存储并上报到控制系统2；进一步地，控制系统2根据障碍物实时更新地图信息，完成环境信息处理工作；进一步地，控制系统2对新的地图进行栅格图转换，实现路径规划模块5所需仿真求解的栅格图更新，通过路径规划实时仿真实现路线调整。

图7为本发明实施例的一种仿真路线计算结果示意图。

在运输过程中，平行仿真军用路径规划支持系统持续输入并更新当前环境状态信息，根据当前时刻得到的环境信息绘制基于栅格法的二维地图。每个栅格代表的点组成可通行运输空间或者需要规避点障碍物。本实施例图7中以黑色栅格代表需要规避点障碍物，白色栅格代表可通行区域，折线代表仿真路线结果。图7为选取长20千米、宽20千米某一区域下某一行军运输时刻，通过蚁群算法对该地区障碍物覆盖率为30％的情况，进行仿真得到的一个路径规划结果。其中，迭代次数设置为100，蚂蚁数设置为50，左上角为运输路径起点，右下角为运输路径终点。

随着运输状态持续推进，如果环境状态会相应发生改变，则图7中黑色栅格代表的障碍物和白色栅格代表可通行区域随之发生改变。因此，通过控制系统2得到的路径规划结果随之更新。

本发明提供了一种基于平行仿真的军用路径规划支持系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。