基于拓扑位置关系的无人艇路径搜索方法
发布时间：2021-01-17 21:07
针对目前路径规划容易陷入局部最优和搜索时间较长的问题,提出基于拓扑位置关系的无人艇路径搜索方法。分析空间物体的拓扑位置关系,构建基于拓扑位置关系的地图表达。在地图要素表达、拓扑关系谓词和拓扑路径可达的基础上建立拓扑地图,避免大量网格化的路径搜索造成时间复杂度提升,同时避免搜索陷入局部最小值。采用Dijkstra算法对建立的拓扑地图进行最优路径选择。试验结果表明:在障碍物不变、搜索范围变大的情况下,该方法相比栅格化的A*算法能以较低的搜索时间实现更优路径的搜索。
【文章来源】：中国航海. 2019,42(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于拓扑位置关系的可达路径地图
图3基于拓扑位置关系的可达路径地图2．2路径搜索基于Dijsktra算法的路径选择流程见图4，对基于拓扑位置关系的可达路径进行计算。首先，读取基于拓扑位置关系判断的可达路径点集P的信息，并设置起点S与目的点E之间的位置关系数据。定义未访问点集U和已访问点集V=P－U，计算所有已访问点集V到未访问点集U的值du，从未访问点集U中选取du中最小的点i，从已访问点集V中查找与i点直接连接的点，记为Pi，将i点位置数据添加进已访问的点集V，直到Num≥P时结束搜索，计算出路径。经过上述计算，得出起始点S到目标点E的最短路径见图5。图5中的线条为最短路径，最短路径为(S，B74，B73，B91，E)，距离为1200m。图4基于Dijsktra算法的路径选择流程2．3安全距离和船舶旋回圈USV通常是一个欠驱动系统，无法完全按照规划的路径行驶。考虑到船舶在航行过程中必然会出现路径上的偏差，在设计路径和搜索时应留有安全距离。此外，船舶转向时的旋回半径也与船舶图5基于拓扑地图求解的最短路径的操纵性能有关，需在安全上予以考虑。为简化起见，通常会对障碍物进行边界上的膨胀，留一定的水域作为船舶安全缓冲区。在空间分析中，该操作称为缓冲区操作(Buffer)。缓冲区半径可取USV预留安全距离和旋回半径中的较大者，以确保船舶安全航行。对障碍物进行缓冲区操作之后，仍是第1．1节中所述的一个简单要素，不影响上述拓扑地图构建和路径搜索算法的实施。3试验及分析为验证该拓扑地图构建及路径搜索算法的有效性，设计试验对本文的算法和基于栅?
叵档目纱锫肪督?屑扑?。首先，读取基于拓扑位置关系判断的可达路径点集P的信息，并设置起点S与目的点E之间的位置关系数据。定义未访问点集U和已访问点集V=P－U，计算所有已访问点集V到未访问点集U的值du，从未访问点集U中选取du中最小的点i，从已访问点集V中查找与i点直接连接的点，记为Pi，将i点位置数据添加进已访问的点集V，直到Num≥P时结束搜索，计算出路径。经过上述计算，得出起始点S到目标点E的最短路径见图5。图5中的线条为最短路径，最短路径为(S，B74，B73，B91，E)，距离为1200m。图4基于Dijsktra算法的路径选择流程2．3安全距离和船舶旋回圈USV通常是一个欠驱动系统，无法完全按照规划的路径行驶。考虑到船舶在航行过程中必然会出现路径上的偏差，在设计路径和搜索时应留有安全距离。此外，船舶转向时的旋回半径也与船舶图5基于拓扑地图求解的最短路径的操纵性能有关，需在安全上予以考虑。为简化起见，通常会对障碍物进行边界上的膨胀，留一定的水域作为船舶安全缓冲区。在空间分析中，该操作称为缓冲区操作(Buffer)。缓冲区半径可取USV预留安全距离和旋回半径中的较大者，以确保船舶安全航行。对障碍物进行缓冲区操作之后，仍是第1．1节中所述的一个简单要素，不影响上述拓扑地图构建和路径搜索算法的实施。3试验及分析为验证该拓扑地图构建及路径搜索算法的有效性，设计试验对本文的算法和基于栅格的A*搜索算法进行对比。3．1试验环境和工具仿真试验程序运行环境中的CPU为i5-8400的6核2．80GH
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于元拓扑关系的线面空间关系集成表达模型[J]. 曹亚妮,吴芳华,王丽君,李嘉星. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(01)
[2]复合面状对象拓扑关系的表达模型[J]. 陈占龙,冯齐奇,吴信才. 测绘学报. 2015(04)
[3]分布式空间数据分片与跨边界拓扑连接优化方法[J]. 朱欣焰,周春辉,呙维,夏宇. 软件学报. 2011(02)
[4]能表达带洞区域拓扑关系的扩展9-交集模型[J]. 欧阳继红,霍林林,刘大有,富倩. 吉林大学学报(工学版). 2009(06)
硕士论文
[1]无人驾驶救助船路径规划算法的研究[D]. 陈佳.武汉理工大学 2013
本文编号：2983594
【文章来源】：中国航海. 2019,42(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于拓扑位置关系的可达路径地图
图3基于拓扑位置关系的可达路径地图2．2路径搜索基于Dijsktra算法的路径选择流程见图4，对基于拓扑位置关系的可达路径进行计算。首先，读取基于拓扑位置关系判断的可达路径点集P的信息，并设置起点S与目的点E之间的位置关系数据。定义未访问点集U和已访问点集V=P－U，计算所有已访问点集V到未访问点集U的值du，从未访问点集U中选取du中最小的点i，从已访问点集V中查找与i点直接连接的点，记为Pi，将i点位置数据添加进已访问的点集V，直到Num≥P时结束搜索，计算出路径。经过上述计算，得出起始点S到目标点E的最短路径见图5。图5中的线条为最短路径，最短路径为(S，B74，B73，B91，E)，距离为1200m。图4基于Dijsktra算法的路径选择流程2．3安全距离和船舶旋回圈USV通常是一个欠驱动系统，无法完全按照规划的路径行驶。考虑到船舶在航行过程中必然会出现路径上的偏差，在设计路径和搜索时应留有安全距离。此外，船舶转向时的旋回半径也与船舶图5基于拓扑地图求解的最短路径的操纵性能有关，需在安全上予以考虑。为简化起见，通常会对障碍物进行边界上的膨胀，留一定的水域作为船舶安全缓冲区。在空间分析中，该操作称为缓冲区操作(Buffer)。缓冲区半径可取USV预留安全距离和旋回半径中的较大者，以确保船舶安全航行。对障碍物进行缓冲区操作之后，仍是第1．1节中所述的一个简单要素，不影响上述拓扑地图构建和路径搜索算法的实施。3试验及分析为验证该拓扑地图构建及路径搜索算法的有效性，设计试验对本文的算法和基于栅?
叵档目纱锫肪督?屑扑?。首先，读取基于拓扑位置关系判断的可达路径点集P的信息，并设置起点S与目的点E之间的位置关系数据。定义未访问点集U和已访问点集V=P－U，计算所有已访问点集V到未访问点集U的值du，从未访问点集U中选取du中最小的点i，从已访问点集V中查找与i点直接连接的点，记为Pi，将i点位置数据添加进已访问的点集V，直到Num≥P时结束搜索，计算出路径。经过上述计算，得出起始点S到目标点E的最短路径见图5。图5中的线条为最短路径，最短路径为(S，B74，B73，B91，E)，距离为1200m。图4基于Dijsktra算法的路径选择流程2．3安全距离和船舶旋回圈USV通常是一个欠驱动系统，无法完全按照规划的路径行驶。考虑到船舶在航行过程中必然会出现路径上的偏差，在设计路径和搜索时应留有安全距离。此外，船舶转向时的旋回半径也与船舶图5基于拓扑地图求解的最短路径的操纵性能有关，需在安全上予以考虑。为简化起见，通常会对障碍物进行边界上的膨胀，留一定的水域作为船舶安全缓冲区。在空间分析中，该操作称为缓冲区操作(Buffer)。缓冲区半径可取USV预留安全距离和旋回半径中的较大者，以确保船舶安全航行。对障碍物进行缓冲区操作之后，仍是第1．1节中所述的一个简单要素，不影响上述拓扑地图构建和路径搜索算法的实施。3试验及分析为验证该拓扑地图构建及路径搜索算法的有效性，设计试验对本文的算法和基于栅格的A*搜索算法进行对比。3．1试验环境和工具仿真试验程序运行环境中的CPU为i5-8400的6核2．80GH
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于元拓扑关系的线面空间关系集成表达模型[J]. 曹亚妮,吴芳华,王丽君,李嘉星. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(01)
[2]复合面状对象拓扑关系的表达模型[J]. 陈占龙,冯齐奇,吴信才. 测绘学报. 2015(04)
[3]分布式空间数据分片与跨边界拓扑连接优化方法[J]. 朱欣焰,周春辉,呙维,夏宇. 软件学报. 2011(02)
[4]能表达带洞区域拓扑关系的扩展9-交集模型[J]. 欧阳继红,霍林林,刘大有,富倩. 吉林大学学报(工学版). 2009(06)
硕士论文
[1]无人驾驶救助船路径规划算法的研究[D]. 陈佳.武汉理工大学 2013
本文编号：2983594
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