本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GRD格式地圖的路徑生成方法。

背景技術(shù)：

在海洋應(yīng)用中，水下機(jī)器人發(fā)揮越來越重要的作用。水下機(jī)器人分成兩類：一種是遙控式有纜水下機(jī)器人(簡稱ROV)，一種是自主水下機(jī)器人(簡稱AUV)。ROV需要水面母船支持，同時(shí)受到電纜長度的限制，其作業(yè)距離有限，一般只有幾百米；而AUV自身攜帶能源，可以遠(yuǎn)離母船，活動(dòng)距離達(dá)到幾十公里甚至上百公里。所以AUV的研究越來越受到各國的重視，AUV的發(fā)展代表了未來水下機(jī)器人的發(fā)展方向。但是AUV的控制方法比ROV的控制方法復(fù)雜，只有設(shè)計(jì)出好的控制方法才能發(fā)揮出AUV強(qiáng)大的作業(yè)能力。

AUV執(zhí)行地形勘查、管線跟蹤都依賴于AUV的路徑規(guī)劃。通常在AUV工作前，獲取當(dāng)前海區(qū)的地圖，然后根據(jù)地圖進(jìn)行規(guī)劃，當(dāng)?shù)匦纹鸱皇呛艽髸r(shí)，可以使用簡單的定高模式和定深模式航行，但是對于復(fù)雜海區(qū)的情況下，這種方式規(guī)劃出來的路徑不能很好的實(shí)現(xiàn)任務(wù)需求，如果分段規(guī)劃則費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對于操作AUV的人員是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，這種簡單的方法不適用在復(fù)雜的環(huán)境下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于GRD格式地圖的路徑生成方法，使規(guī)劃路徑的過程更簡單，AUV執(zhí)行的使命更加滿足任務(wù)需求。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于GRD格式地圖的路徑生成方法，包括以下步驟：

讀取GRD格式的地圖文件獲得地圖信息；

根據(jù)所述地圖信息，進(jìn)行地圖信息識別；

將獲得的地圖信息載入到地圖轉(zhuǎn)化軟件中；

根據(jù)潛水器的起始點(diǎn)，規(guī)劃出下一個(gè)航行點(diǎn)的坐標(biāo)，將航行點(diǎn)的極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系。

所述地形信息包括經(jīng)度、緯度、深度/高度。

所述地圖信息識別，包括以下步驟：

根據(jù)選擇的目標(biāo)深度，獲得等深線，同時(shí)根據(jù)選擇的預(yù)定的起始點(diǎn)，按照正東、正南、正西、正北、東南、東北、西南和西北八個(gè)方向生成射線，計(jì)算各個(gè)方向上射線的梯度；

根據(jù)射線的梯度，選擇絕對值最小的一個(gè)點(diǎn)作為下一航行點(diǎn)；

按照上述方法持續(xù)計(jì)算下一航行點(diǎn)，直到滿足探測當(dāng)前深度或者覆蓋該地圖的任務(wù)需求。

所述射線的梯度通過下式計(jì)算：

若函數(shù)t＝f(x,y,z)在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處可微，則函數(shù)F(x)在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處沿任一方向的方向倒數(shù)存在，其中各倒數(shù)均為在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處的值，運(yùn)用向量的數(shù)量積，可將方向?qū)?shù)計(jì)算公式表示為：

其中，

gradt稱為梯度。

所述將得到的航行點(diǎn)的極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，具體為：

下一個(gè)航行點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)(a₁,b₁)為：

其中，(a,b)為起始點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，a為經(jīng)度，b為緯度，ρ為起始點(diǎn)到航行點(diǎn)的距離，θ為起始點(diǎn)到航行點(diǎn)的連線與正北方向的夾角；

根據(jù)公式(2)和(3)，類推獲得所有航行點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

1.對于潛水器的模型不敏感，完全可以適用任何潛水器。

2.對于其它格式的地圖也可以按照此方法進(jìn)行擴(kuò)展，只是在讀取格式的時(shí)候進(jìn)行不同的解碼。

附圖說明

圖1為軟件界面顯示的地圖；

圖2為本發(fā)明方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明的硬件要求是一臺電腦，裝載可以讀取GRD格式的文件的程序，使用利用本方法編譯的程序，將獲得的地理信息顯示出來，同時(shí)選擇起始點(diǎn)，選擇路徑長度，生成規(guī)劃。

本發(fā)明通過讀取GRD格式的地圖文件獲得地形信息：經(jīng)度、緯度、深度/高度，通過提取同一深度或者同一高度的坐標(biāo)點(diǎn)，自動(dòng)生成同一深度/高度的路徑，同時(shí)覆蓋當(dāng)前海區(qū)。使用軟件查看地圖，同時(shí)將地圖保存成需要的GRD格式，將獲得的地圖信息載入到地圖轉(zhuǎn)化軟件中。

如圖2所示，首先初始化某一程序，將獲得的GRD格式的地圖載入該程序，這時(shí)軟件界面上顯示類似圖1所示的地圖，此時(shí)根據(jù)該界面，可以知道當(dāng)前海圖內(nèi)的深度/高度信息，選擇入水點(diǎn)和制定梯度的規(guī)則，生成路徑，如果某一路徑不滿足任務(wù)需求，可以手工修改，若都滿足當(dāng)前的任務(wù)需求，則保存路徑。

本發(fā)明的中的自動(dòng)生成路徑的方法包含地圖信息識別和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，以下詳細(xì)描述這兩方面內(nèi)容：

本發(fā)明中的地圖信息識別是指根據(jù)已有的地圖信息，根據(jù)選擇的目標(biāo)深度，獲得等深線，同時(shí)根據(jù)選擇的預(yù)定的起始點(diǎn)，按照正東，正南，正西，正北，東南，東北，西南，西北八個(gè)方向生成射線，根據(jù)射線的梯度，計(jì)算下一個(gè)航行點(diǎn)。

若函數(shù)t＝f(x,y,z)在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處可微，則函數(shù)F(x)在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處沿任一方向的方向倒數(shù)存在，其中各倒數(shù)均為在點(diǎn)(x₀,y₀,z₀)處的值，運(yùn)用向量的數(shù)量積，可將方向?qū)?shù)計(jì)算公式表示為：

其中，

gradt稱為梯度。

本發(fā)明中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，是將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系。

已知起始點(diǎn)坐標(biāo)(a,b)，a為經(jīng)度，b為緯度；下一個(gè)航行點(diǎn)坐標(biāo)為(ρ，θ)。ρ為起始點(diǎn)到航行點(diǎn)的距離，θ為起始點(diǎn)到航行點(diǎn)的連線與正北方向的夾角。

設(shè)航行點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)為(a₁,b₁)

根據(jù)公式(2)、(3)，以此類推獲得所有的航行點(diǎn)。此時(shí)航行點(diǎn)的目標(biāo)深度值為起始點(diǎn)的目標(biāo)深度。