一种多约束多层次路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种多约束多层次路径规划方法，用以解决现有路径规划方法仅考虑考虑阻碍通行类障碍，路径规划的灵活性低，不能准确找出最优路径的问题，方法包括以下步骤：获取多层地图信息、路径规划的起始点和目标点位置；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；所述通行类型包括正常通行类型、减缓通行类型和阻碍通行类型；根据每层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径。使得最优路径结果更加准确，对带有障碍的环境适应性更强、规划处的路径代价更短。路径代价更短。路径代价更短。

【技术实现步骤摘要】
一种多约束多层次路径规划方法


[0001]本专利技术涉及路径规划
，尤其涉及一种多约束多层次路径规划方法。

技术介绍

[0002]在现实和虚拟世界中，如行车地图导航和游戏任务指引，我们一直在不同的领域解决一个共同的问题，如何以最短的路径从起点到达终点，当然由“两点之间线段最短”，由起点到终点的连线直线将是最短距离，但是这没有考虑路径的“可通过性”。正是由于可通过性的限制导致，在实际实现过程中，并不能完全按照直线去趋向目标。造成“可通过性”下降或消失的原因主要有两点，一是阻碍通行类，二是减缓通行类。
[0003]阻碍通行类障碍是一种无法直接通过的障碍，包含自然式障碍，如悬崖、山峰等；人为式障碍，如建筑物、道路管制等，对于这类障碍唯一的通行办法只能是绕行，这样同样会增加通行的路径成本。减缓通行类障碍是一种会显著降低通行快速性的障碍，包含自然式障碍，如河流、泥沼等，人为式障碍，如速度限制、流量限制等，这类障碍会降低通行效率，甚至是改变通行方法，如由陆路变为水路。尤其，当减缓通行类的代价增加过大时，减缓通行类可以近似看作阻碍通行类中的一部分，因为其也形成了必须绕行的结果。
[0004]成本和代价是在路径规划中描述一条规划路径优劣的关键指标，“成本”和“代价”在语义上是等价的，以下统称代价。路径代价越低，代表完成所规划路径的总距离越短，当假设完成不同路径的速度一致时，代价最低的路径的所对应的时间也就最短。一般将代价最短的路径称之为最优路径，最优路径更具有时间或距离优势，更应该被使用者所选择。当然代价的目标并非一定要实现路径最短，也可以是时间最短或者油耗最低，为了更为直观，通常选择路径的长度作为最基本的代价函数目标。
[0005]在现有的路径确定方法中仅仅考虑了阻碍通行类障碍，即在遇到障碍时均需要进行“绕路”处理，缺少了减缓通行类障碍的相关考虑，当引入减缓通行类障碍时，“绕路”所增加的代价可能远远超过“跨越”复杂障碍的代价，如通过河流；同时现有的路径确定方法均限制在二维平面内，即不考虑高度维度或层次维度信息，如在现实中表现为没有上升或下降、在虚拟世界中表现为缺少Z轴信息，维度信息的缺失必然会降低路径规划的灵活性和最优性。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种多约束多层次路径规划方法，用以解决现有路径规划方法仅考虑考虑阻碍通行类障碍并且缺少Z轴信息，路径规划的灵活性低，不能准确找出最优路径的问题。
[0007]一方面，本专利技术实施例提供了一种多约束多层次路径规划方法，包括以下步骤：
[0008]获取多层地图信息、路径规划的起始点和目标点位置；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；所述通行类型包括正常通行类型、减缓通行类型和阻碍通行类型；
[0009]根据每层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径。
[0010]基于上述技术方案的进一步改进，根据每层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径，包括：
[0011]S21、将起始点放入意向节点集合；
[0012]S22、在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，将当前父节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；
[0013]S23、根据每个节点的通行类型和通行代价倍率，计算当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、且不是阻碍通行类的节点的总代价值；将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合；所述节点的总代价值为从起始点经父节点到达当前节点的途径代价值与从当前节点到达目标节点的预估代价值的和；
[0014]S24、若当前父节点的邻近节点中包含目标节点，则将目标节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；在规划节点集合中，根据节点间的父子关系查找得到规划路径；
[0015]S25、否则，返回步骤S22。
[0016]进一步地，对当前节点的每个不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的邻近节点p
i
(x,y)：
[0017]若节点p
i
(x,y)不在意向节点集合中，则直接将节点p
i
(x,y)加入意向节点集合中，并记录节点p
i
(x,y)的总代价、途径代价、预估代价以及p
i
(x,y)的父节点为当前父节点；
[0018]若节点p
i
(x,y)已在意向节点集合，则若根据当前父节点计算的节点p
i
(x,y)的途径代价小于意向节点集合中记录的节点p
i
(x,y)的预估代价，则将意向节点集合中节点p
i
(x,y)的父节点更新当前父节点，并将p
i
(x,y)的总代价和途径代价分别更新为根据当前父节点计算的总代价和途径代价。
[0019]进一步地，在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，包括：
[0020]按照总代价值从小到大的顺序对意向节点集合节点排序；若节点的总代价值相同，则按照节点到目标节点的预估代价值从小到达的顺序排序，若预估代价值相同，则按照节点加入意向节点集合从后到先的顺序排序，取排序后位于第一顺位的意向节点作为当前父节点。
[0021]进一步地，当前父节点的邻近节点包括与当前父节点同层的相邻的节点，以及与当前父节点在相邻层的相邻的节点。
[0022]进一步地，若邻近节点与父节点在同一层，通过以下公式计算途径代价
[0023][0024]若邻近节点与父节点在不同层，通过以下公式计算途径代价
[0025][0026]其中，表示位于第i层的父节点的途径代价，表示位于第j层的父节点的途径代价，若父节点为起始节点，则父节点的途径代价为0，表示位于第i层的邻近节点的途径代价，d表示层间切换代价，表示从父节点到邻近节点的代价。
[0027]进一步地，根据公式计算从父节点到邻近节点的代价
[0028]其中，l表示邻近节点的通行代价倍率，λ表示跨越单位距离的代价值，(x
c
,y
c
)表示邻近节点的平面坐标，(x
f
,y
f
)表示父节点的平面坐标。
[0029]进一步地，当邻近节点与目标节点在同一层时，通过以下公式计算预估代价进一步地，当邻近节点与目标节点在同一层时，通过以下公式计算预估代价
[0030]其中，D
m
＝|x
c
‑
x
e
|+|y
c
‑
y
e
|，λ表示跨越单位距离的代价值，(x
c
,y
c
)表示邻近节点的平面坐标，(x
e
,y
e
)表示目标节点的平面坐标，w1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多约束多层次路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多层地图信息、路径规划的起始点和目标点位置；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；所述通行类型包括正常通行类型、减缓通行类型和阻碍通行类型；根据每层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径。2.根据权利要求1所述的多约束多层次路径规划方法，其特征在于，根据每层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径，包括：S21、将起始点放入意向节点集合；S22、在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，将当前父节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；S23、根据每个节点的通行类型和通行代价倍率，计算当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、且不是阻碍通行类的节点的总代价值；将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合；所述节点的总代价值为从起始点经父节点到达当前节点的途径代价值与从当前节点到达目标节点的预估代价值的和；S24、若当前父节点的邻近节点中包含目标节点，则将目标节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；在规划节点集合中，根据节点间的父子关系查找得到规划路径；S25、否则，返回步骤S22。3.根据权利要求2所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，对当前节点的每个不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的邻近节点p
i
(x,y)：若节点p
i
(x,y)不在意向节点集合中，则直接将节点p
i
(x,y)加入意向节点集合中，并记录节点p
i
(x,y)的总代价、途径代价、预估代价以及p
i
(x,y)的父节点为当前父节点；若节点p
i
(x,y)已在意向节点集合，则若根据当前父节点计算的节点p
i
(x,y)的途径代价小于意向节点集合中记录的节点p
i
(x,y)的预估代价，则将意向节点集合中节点p
i
(x,y)的父节点更新当前父节点，并将p
i
(x,y)的总代价和途径代价分别更新为根据当前父节点计算的总代价和途径代价。4.根据权利要求2所述的多约束多层次路径规划方法，其特征在于，在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，包括：按照总代价值从小到大的顺序对意向节点集合节点排序；若节点的总代价值相同，则按照节点到目标节点的预估代价值从小到达的顺序排序，若预估代价值相同，则按照节点加入意向节点集合从后到先的顺序排序，取排序后位于第一顺位的意向节点作为当前父节点。5.根据权利要求2所述的多约束多层次路径规划方法，其特征在于，当前父节点的邻近节点包括与当前父节点同层的相邻的节点，以及与当前父节点在相邻层的相邻的节点。...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩健，尉明军，王家琦，姜永明，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：