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专利号: 2025105185106
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)对路径规划区域的高程数据地图和地表覆盖类型数据地图进行匹配,定义匹配后的地图分辨率为最细分辨率,计算最细分辨率下的栅格单元的坡度、粗糙度和地形起伏度;

(2)根据步骤(1)得到的栅格单元的坡度、粗糙度和地形起伏度,确定最细分辨率对应的栅格单元的坡度成本、粗糙度成本和地形起伏度成本,并根据区域类型设定地表覆盖物成本;

(3)第一阶段采用双向A星算法进行快速路径规划;根据路径规划区域和预设的快速检索空间,确定第一阶段检索分辨率,根据步骤(2)得到的最细分辨率对应的栅格单元的坡度成本、粗糙度成本、地形起伏度成本和设定地表覆盖物成本,计算第一阶段检索分辨率对应栅格区域的通行代价,采用双向A星算法得到第一阶段的最优路径集合;

(4)第二阶段采用自适应A星算法进行路径规划;对步骤(3)得到的最优路径构建自适应路径分辨率,计算自适应路径分辨率对应栅格区域的通行代价,采用自适应A星算法,引入路径自适应缓冲衰减函数,对中间各段路径进行自适应路径终点判断,完成路径规划。

2.根据权利要求1所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(1)中,将高程数据地图和地表覆盖类型数据地图的数据转换到同一坐标系,若高程数据地图的分辨率低于地表覆盖类型数据地图的分辨率,则对高程数据地图使用双线性插值重新采样;反之则对地表覆盖类型数据地图使用最近邻法重新采样。

3.根据权利要求1所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(1)中,以需要求解的对应的栅格单元为中心,扩展得到3×3的九宫格区域,九宫格对应的高程值矩阵为 ;

最细分辨率对应的栅格单元的坡度为

其中, 表示行方向上的坡度, 表示列方向上的坡度, 为地图匹配后行方向上的最细分辨率, 为地图匹配后列方向上的最细分辨率,S表示栅格单元的坡度值;

最细分辨率对应的栅格单元的粗糙度R为;

其中, 是第k个栅格所表示的高程值,是九宫格区域的平均高程值;

最细分辨率对应的栅格单元的地形起伏度U为;

其中, 为九宫格区域内的最大高程值, 为九宫格区域内最小高程值。

4.根据权利要求3所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(2)中,最细分辨率对应的栅格单元的坡度成本 为;

其中,为当前行驶栅格的坡度, 为移动机器人所允许的最大通行坡度;

粗糙度成本 为

其中,R为九宫格区域的粗糙度;

地形起伏度成本 为

其中, 和 分别表示九宫格区域内的高程最大值和高程最小值, 为地图区域内的高程的最大值, 为地图区域内的高程的最小值。

5.根据权利要求4所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(2)中,地表覆盖物成本costC为;

其中,若最细分辨率对应的栅格单元地表覆盖类型为障碍物区域或水域或树木区域,则划分为不可通行区域;若最细分辨率对应的栅格单元地表覆盖类型为农作物或建筑区域,则划分为难以通行区域;若最细分辨率对应的栅格单元地表覆盖类型为裸露地面或草原,则划分为可通行区域。

6.根据权利要求5所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(3)中,第一阶段检索分辨率为;

其中, 表示第一阶段检索行方向上的分辨率, 表示第一阶段检索列方向上的分辨率,m表示搜索空间缩小为最细分辨率时的搜索空间的 , 表示向上取整;

第一阶段检索分辨率对应栅格区域的通行代价 为;

其中 , 、  、  、 为权重系数,且 ; 为区域的坡度代价, 为区域的地表覆盖物代价, 为区域的粗糙度代价, 为区域的地形起伏度代价。

7.根据权利要求6所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,区域的坡度代价 为;

其中, 、 为权重系数, ;N为第一阶段检索分辨率对应栅格区域包含的最细分辨率对应的栅格单元的数量, 为该区域所有最细分辨率对应的栅格单元坡度成本的平均值, 为第 个最细分辨率对应的栅格单元的坡度成本;

区域的地表覆盖物代价 为

其中, 、 为权重系数, ; 为该区域所有最细分辨率对应的栅格单元地表覆盖物代价平均值, 为第 个最细分辨率对应的栅格单元的地表覆盖物成本;

区域的粗糙度代价 为

其中, 、 为权重系数, ; 为该区域所有最细分辨率对应的栅格单元粗糙度代价平均值, 为第 个最细分辨率对应的栅格单元的粗糙度成本;

区域的地形起伏度代价 为

其中, 、 为权重系数, ; 为该区域所有最细分辨率对应的栅格单元地形起伏度代价平均值, 为第 个最细分辨率对应的栅格单元的地形起伏度成本。

8.根据权利要求7所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(4)中,对步骤(3)得到的最优路径构建自适应路径分辨率为;

其中, 为行方向上的自适应分辨率, 为列方向上的自适应分辨率, 为第一阶段检索分辨率下的最大通行代价; 为路径在第一阶段检索分辨率下的通行代价,表示一个第二阶段自适应分辨率对应栅格区域在行方向上或列方向上的最细分辨率对应的栅格单元的最大数量; 表示向下取整。

9.根据权利要求8所述双阶段自适应复杂地形全局路径规划方法,其特征在于,步骤(4)中,路径自适应缓冲衰减函数f(d)为;

其中,c为自定义系数,D为最后一段路径 的终点到第一段路径 的起点的距离,d为当前段路径的终点到第一段路径 的起点的距离。