一种无人艇航行路线确定方法、装置及设备与流程

1.本发明涉及计算机信息处理技术领域，特别是一种无人艇航行路线确定方法、装置及设备。


背景技术：

2.无人艇实时避障是无人艇安全自主航行的关键功能，在航行态势实时更新的基础上，针对全局路径规划过程中没有考虑到的动静态碍航物，及时判断是否对无人艇航行存在影响。一旦存在需要避让的碍航物，则调整航路，偏离有碰撞风险的区域，确保无人艇安全航行。
3.当前无人艇实时避障规划主要有速度障碍法、a*算法、粒子群算法、蚁群算法、遗传算法、快速搜索随机树、人工势场法、动态窗口法、基于强化学习的规划算法等。但是这些现有的避障方法主要是在优化避障时机、提升安全性等方面进行考虑。然而在实际复杂场景的航行过程中，由于受到传感器能力限制和海洋环境的影响，感知存在不确定性。在不确定感知影响下，上述现有的实时避障规划算法存在以下问题：一是随着目标位置抖动，实时避障规划的航路也可能不断抖动，不能保障航行的平稳性；二是在目标中断、错跟、消失等情况下，实时避障规划的航路可能不正确地结束避障，对安全性存在一定影响；三是目标航速航向不准确情况下，可能在对目标未来位置错误判断的基础上规划避障航路，导致未能提前采取行动，无人艇进入紧迫局面。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种无人艇航行路线确定方法、装置及设备，可以基于概率距离地图，规避传感器感知不确定性的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种无人艇航行路线确定方法，包括：获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。
6.可选的，获取无人艇初始航行路线，包括：获取无人艇的起点位置速度信息和终点位置速度信息；根据所述起点位置速度信息和终点位置速度信息，确定预期航行时间；根据所述预期航行时间和预设长度常数，将起点至终点之间的航行路线进行分段，得到至少一个航路控制点；对所述航路控制点进行优化，得到初始航行路线。
7.可选的，获取目标概率距离地图，包括：
获取无人艇在初始位置的概率距离地图；根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图。
8.可选的，获取无人艇在初始位置的概率距离地图，包括：获取无人艇初始位置的地图参数：；其中，表示第个航路规划时刻，表示地图中心x坐标，表示地图中心y坐标，表示地图x方向半长，表示地图y方向半长，表示地图栅格长度；地图中心x坐标等于无人艇初始位置x坐标、地图中心y坐标等于无人艇初始位置y坐标；将地图参数根据栅格长度，等比例划分为概率距离地图；其中，概率距离地图为：；其中，栅格中心位置，表示栅格中心位置的x坐标，表示栅格中心位置的y坐标；表示各碍航物的最小概率距离；h表示栅格在概率距离地图中的横坐标序号；w表示栅格在概率距离地图中的纵坐标序号。
9.可选的，根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图，包括：在无人艇当前位置信息满足条件：时，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图；其中，表示第k个规划时刻无人艇的x轴位置信息、表示第k个规划时刻无人艇的y轴位置信息、为预设常数。
10.可选的，根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险，包括：根据所述初始航行路线的各航路控制点的位置信息和航路划分的时间间隔信息，确定未来时刻的各航路控制点位置信息；根据未来时刻的航路控制点位置信息，在所述目标概率距离地图中确定未来时刻
航路控制点到碍航物的概率距离；根据所述概率距离和预设门限值，确定所述初始航行路线是否存在碰撞风险。
11.可选的，在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线，包括：确定所述初始航行路线存在碰撞风险的时间段和该时间段对应的避障起点和避障终点；在所述避障起点和避障终点内进行随机采样，确定至少一个不存在碰撞风险的采样点；对所述采样点进行连线，确定不存在碰撞风险的采样点连线；计算所述采样点连线的航行速度，将航行速度小于最大航行速度的采样点连线确定为从避障起点到避障终点的一条备选航行线路线；保存所述备选航行路线并重复在避障起点和避障终点内采样，直到所述备选航行路线的数量达到预设值，得到至少一条备选航行路线。
12.可选的，对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线，包括：以加速度变化作为代价函数，最大加速度作为约束条件，对所述至少一条备选航行路线进行平稳性优化，得到优化后的备选航行路线；通过所述目标概率距离地图，计算至少一条优化后的备选航行路线的航路点至碍航物的概率距离；将航路点至碍航物的概率距离最小的备选航行路线确定为优化航行路线；将所述优化航行路线与初始航行路线进行连线，并进行优化，得到最优航行路线。
13.本发明还提供一种无人艇航行路线确定装置，包括：获取模块，用于获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；处理模块，用于根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。
14.本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的方法。
15.本发明的上述方案至少包括以下有益效果：本发明的上述方案，通过获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。可以基于概率距离地图，规避传感器感知不确定性的问题；有效降低目标定位抖动、目标跟踪不稳、目标航速航向不准确的影响，进行有效无人艇航行避障规划。
附图说明
16.图1是本发明实施例的无人艇航行路线确定方法的流程示意图。
17.图2是本发明实施例的无人艇航行路线确定方法的具体实现流程图。
18.图3是本发明实施例的无人艇航行路线确定装置的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.如图1所示，本发明的实施例提出一种无人艇航行路线确定方法，包括：步骤11，获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；步骤12，根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；步骤13，在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；步骤14，对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。
21.本实施例中，在无人艇的航行过程中，根据概率距离地图有效判断当前行驶过程中规划的初始航行路线是否存在与碍航物碰撞的风险。若所述初始航行路线存在碰撞风险，则继续根据所述概率距离地图寻找备选航行路线，进而在所述备选航行路线中确定最优航行路线。所述初始航行路线在本无人艇的出发起始点建立，概率距离地图同样在无人艇的出发起始点建立，且所述概率距离地图在行驶过程中根据无人艇实时位置以及实时探测到的碍航物信息不断更新。在无人艇进行避障规划时，查询当前的概率距离地图信息，在保证当前的概率距离地图有效的情况下将当前的概率距离地图确定为目标概率距离地图，以所述目标概率距离地图作为后续判断是否有碰撞风险以及规划航行路线的基础。判断所述概率距离地图是否有效的方法为通过预设条件判断所述概率距离地图是否需要更新，若所述概率距离地图满足预设条件，不需要更新，则所述概率距离地图有效；若所述概率距离地图不满足预设条件，则需要对所述概率距离地图进行更新，根据无人艇当前位置重新建立概率距离地图，将新建立的概率距离地图确定为目标概率距离地图。从而可以基于概率距离地图，规避传感器感知不确定性的问题；有效降低目标定位抖动、目标跟踪不稳、目标航速航向不准确的影响，进行有效无人艇航行避障规划。
22.本发明一可选的实施例中，步骤11中，获取无人艇初始航行路线，包括：步骤111，获取无人艇的起点位置速度信息和终点位置速度信息；步骤112，根据所述起点位置速度信息和终点位置速度信息，确定预期航行时间；步骤113，根据所述预期航行时间和预设长度常数，将起点至终点之间的航行路线进行分段，得到至少一个航路控制点；步骤114，对所述航路控制点进行优化，得到初始航行路线。
23.本实施例中，所述初始航行路线在出发起始点建立。根据无人艇此次航行的出发点位置信息和终点位置信息，基于最优控制极小值原理规划初始航行路线，并采用b样条曲线进行优化。
24.具体过程为，首先定义无人艇的起点参数，其中为无人艇起点x轴坐标信息、为无人艇起点y轴坐标信息、为无人艇起点x轴速度向量坐标值、为无人艇起点y轴速度向量坐标值，即依次对应为。类似的，定义无人艇终点参数为
，相应的分别对应终点位置的位置坐标信息和速度坐标信息。
25.定义无人艇在航行过程中的航线规划时刻为，根据上述无人艇位置参数信息，计算在出发时刻的预期航行时间信息时刻，即从起始点到终点的预期航行时间，此时。具体的，首先根据参数信息分别计算位置系数、速度系数和速度平方系数，其中，；；；根据上述求解得到的位置系数、速度系数和速度平方系数，解算，得到根集合，其中为预设常数、表示满足位置和速度约束条件的航行时间集合。
26.在所述根集合中选择一航行时间t，使得最小，其中：，其中。
27.据此得到预期航行时间，进一步的，按照预设长度常数将从初始位置到终点位置的航路划分为段，并根据上述预期航行时间计算每一段的时间间隔。
28.具体的，每一段的参数表示为：；其中i为第i个航路段、为第k个时刻第i个航路段的加速度向量x轴坐标、为第k个时刻第i个航路段的加速度向量y轴坐标。
29.则有：；其中为预设长度常数，且，即段数在初始位置和终点位置之间进行划分。
30.由于总时间为，因此还有时间间隔：
，根据上述信息即可得：；以及；其中和分别为第i段航路的x轴速度向量坐标和y轴速度向量坐标、和分别为第i段航路的x轴加速度向量坐标和y轴加速度向量坐标，其中。
31.采用三阶b样条曲线对上述分段的航路参数化，计算优化后的航路控制点，得到初始航行路线。
32.具体的，首先计算航路控制点转换矩阵，，然后计算x轴状态参量：，和y轴状态参量：；最后求解方程：；；得到优化后的航路控制点：；其中航路控制点x轴坐标为，y轴坐标
为，所述航路控制点组成初始时刻的初始航行路线。
33.本发明一可选的实施例中，步骤11中，获取目标概率距离地图，包括：步骤115，获取无人艇在初始位置的概率距离地图；步骤116，根据无人艇当前位置信息，对所述实时概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图。
34.该实施例中，概率距离地图根据无人艇位置信息和碍航物信息建立，且在航行过程中不断更新。更新目的为保证当前概率距离地图的范围始终可以覆盖无人艇的当前位置，避免随着航行，无人艇超出当前概率距离地图的覆盖范围。
35.本发明一可选的实施例中，步骤115可以包括：步骤1151，获取无人艇初始位置的地图参数：；其中，表示第个航路规划时刻，表示地图中心x坐标，表示地图中心y坐标，表示地图x方向半长，表示地图y方向半长，表示地图栅格长度；地图中心x坐标等于无人艇初始位置x坐标、地图中心y坐标等于无人艇初始位置y坐标；步骤1152，将地图参数根据栅格长度，等比例划分为概率距离地图；其中，概率距离地图为：；其中，栅格中心位置，表示栅格中心位置的x坐标，表示栅格中心位置的y坐标；表示各碍航物的最小概率距离；h表示栅格在概率距离地图中的横坐标序号；w表示栅格在概率距离地图中的纵坐标序号。
36.该实施例中，在概率距离地图的更新时刻，概率距离地图的地图中心为无人艇的当前位置，在初始时刻，概率距离地图的地图中心即为无人艇出发点位置。以地图中心即出发点位置为原点，在x轴和y轴的正负方向分别向外拓展长度和长度。并以预设栅格长度在x和y方向将长度进行划分，得到栅格地图。进一步的，计算栅格地图中每个栅格点到探测到的碍航物的最小概率距离，得到无人艇在初始位置的概率距离地图，
其中表示在概率距离地图中第个栅格的中心位置，具体表示为，其中表示第个栅格的x轴坐标、表示第个栅格的y轴坐标；表示第个栅格的中心到各探测到的碍航物的最小概率距离，初值为，为一个预定大的常数。
37.本发明一可选的实施例中，步骤116可以包括：步骤1161，在无人艇当前位置信息满足条件：时，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图；其中，表示第k个规划时刻无人艇的x轴位置信息、表示第k个规划时刻无人艇的y轴位置信息、为预设常数。
38.本实施例中，所述概率距离地图进行周期性滚动更新，更新条件为上述不等式，通过调节更新周期，以保证概率距离地图对无人艇航行位置的充分覆盖。且。在计算到上述不等式成立时，则重新设置地图参数，使，即将地图中心更新为当前无人艇位置。然后仍然通过栅格长度对地图在x和y方向进行划分，并根据此时刻探测到的碍航物信息更新最小概率距离，得到最新的概率距离地图，即用于选择航路的目标概率距离地图。
39.本发明一可选的实施例中，步骤12可以包括：步骤121，根据所述初始航行路线的各航路控制点的位置信息和航路划分的时间间隔信息，确定未来时刻的各航路控制点位置信息；步骤122，根据未来时刻的航路控制点位置信息，在所述目标概率距离地图中确定未来时刻航路控制点到碍航物的概率距离；步骤123，根据所述概率距离和预设门限值，确定所述初始航行路线是否存在碰撞风险。
40.该实施例中，将上述规划的航路控制点与航行时刻进行关联，计算在未来某一时刻的航路位置，其中表示未来时刻、为未来f时刻的航路点的x轴坐标、为未来f时刻的航路点的y轴坐标；具体的，上述未来时刻航路点位置计算方法为计算航路点的三阶基函数：；
；；即可得到，；将上述未来时刻位置坐标信息转换为概率距离地图位置信息，其中：，；表示向下取整。根据上述栅格位置坐标，在目标概率距离地图中查询相应最小概率距离。如果所述最小概率距离小于预设门限值，则判断所述初始航行路线在未来时刻存在碰撞风险。计算多个未来时刻航路位置的最小概率距离，记录存在碰撞风险的起止位置和终止位置。
41.本发明一可选的实施例中，步骤13可以包括：步骤131，确定所述初始航行路线存在碰撞风险的时间段和该时间段对应的避障起点和避障终点；步骤132，在所述避障起点和避障终点内进行随机采样，确定至少一个不存在碰撞风险的采样点；步骤133，对所述采样点进行连线，确定不存在碰撞风险的采样点连线；步骤134，计算所述采样点连线的航行速度，将航行速度小于最大航行速度的采样点连线确定为从避障起点到避障终点的一条备选航行线路线；步骤135，保存所述备选航行路线并重复在避障起点和避障终点内采样，直到所述备选航行路线的数量达到预设值，得到至少一条备选航行路线。
42.该实施例中，在上述存在碰撞风险的时间段对应的航路位置内随机采样，重复上述转换位置坐标、查询最小概率距离的步骤，判断采样点是否存在碰撞风险，保留不存在碰撞风险的采样点。进一步的，在上述不存在碰撞风险的采样点之间进行连线，并判断采样点连线是否有碰撞风险，保留不存在碰撞风险的采样点连线。然后与上述计算从初始位置到终点位置的预期航行时间类似的，计算采样点连线间的航行时间，将采样点之间的距离与航行时间做比值，计算采样点之间的航行速度。保留所述航行速度小于无人艇最大航行速度的采样点连线，将该采样点连线确定为一条备选航行路线。重复进行上述采样步
骤，选取多条备选航行路线，直到采集到条备选航行路线，得到备选航行路线集合：，其中标识备选航行路线序号，、标识备选航行路线中航路点序号，表示第条备选航行路线中航路点的数量、和分别表示第条备选航行路线中第个航路点的坐标位置和坐标位置。
43.本发明一可选的实施例中，步骤14可以包括：步骤141，以加速度变化作为代价函数，最大加速度作为约束条件，对所述至少一条备选航行路线进行平稳性优化，得到优化后的备选航行路线；步骤142，通过所述目标概率距离地图，计算至少一条优化后的备选航行路线的航路点至碍航物的概率距离；步骤143，将航路点至碍航物的概率距离最小的备选航行路线确定为优化航行路线；步骤144，将所述优化航行路线与初始航行路线进行连线，并进行优化，得到最优航行路线。
44.本实施例中，对上述备选航行路线进行平稳性优化，以加速度变化作为代价函数，计算每条备选航行路线的损失量，损失函数为：；其中表示欧氏距离；约束条件为：，其中表示无人艇最大加速度。
45.根据上述平稳性优化结果，得到优化后的备选航行路线：；其中表示优化后的第条备选航行路线的航路点数量。依次对上述优化后的备选航行路线的航路点进行坐标转换，在目标概率距离地图中查询航路点到碍航物的最小概率距离：，
计算每条备选航行路线的各个航路点的最小概率距离和，选择概率距离和最小的备选航行路线作为优化航行路线，即优化航行路线：。
46.将上述优化航行路线与初始航行路线中没有碰撞风险的航路段连线，并采用b-样条优化，得到最优航行路线的各控制点，完成无人艇航行过程中的避障工作。
47.如图2所示，为上述实施例的具体实现过程，包括：按照无人艇航行的起点和终点参数信息，基于最优控制极小值原理规划无人艇初始航行路线，并基于b样条曲线进行优化；根据无人艇起始位置，建立概率距离地图；根据无人艇位置和实时探测目标参数，周期性滚动更新概率距离地图；根据当前概率距离地图，判断无人艇当前航行路线是否存在碰撞风险；如果存在碰撞风险，在概率距离地图上搜索满足无人艇动力学特征的安全航行路线；对于搜索到的多条可行备选避障航行路线，进行平稳性优化，选择最短路径，再进行b样条进行优化，从而得到最优航行路线。
48.本发明的上述实施例，面向复杂场景下的航行避障需求，充分利用概率距离地图对不确定感知的概率描述，在概率距离地图上搜索满足无人艇动力学特性的安全航路，优选最短路径，基于加速度和b样条曲线进行平稳性优化，保障无人艇航行避障的平稳性和快速性。可以在存在目标位置抖动、目标中断/错跟/消失、目标航速航向不准确等感知不确定情况下，提前合理规划避障行动，避免出现大掉头、大幅度加减速等突然性紧急操作，保持无人艇平稳航行，防止无人艇进入紧迫局面。
49.如图3所示，本发明还提供一种无人艇航行路线确定装置30，包括：获取模块31，用于获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；处理模块32，用于根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。
50.可选的，获取无人艇初始航行路线，包括：获取无人艇的起点位置速度信息和终点位置速度信息；根据所述起点位置速度信息和终点位置速度信息，确定预期航行时间；根据所述预期航行时间和预设长度常数，将起点至终点之间的航行路线进行分段，得到至少一个航路控制点；对所述航路控制点进行优化，得到初始航行路线。
51.可选的，获取目标概率距离地图，包括：获取无人艇在初始位置的概率距离地图；根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图。
52.可选的，获取无人艇在初始位置的概率距离地图，包括：获取无人艇初始位置的地图参数：
；其中，表示第个航路规划时刻，表示地图中心x坐标，表示地图中心y坐标，表示地图x方向半长，表示地图y方向半长，表示地图栅格长度；地图中心x坐标等于无人艇初始位置x坐标、地图中心y坐标等于无人艇初始位置y坐标；将地图参数根据栅格长度，等比例划分为概率距离地图；其中，概率距离地图为：；其中，栅格中心位置，表示栅格中心位置的x坐标，表示栅格中心位置的y坐标；表示各碍航物的最小概率距离；h表示栅格在概率距离地图中的横坐标序号；w表示栅格在概率距离地图中的纵坐标序号。
53.可选的，根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图，包括：在无人艇当前位置信息满足条件：时，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图；其中，表示第k个规划时刻无人艇的x轴位置信息、表示第k个规划时刻无人艇的y轴位置信息、为预设常数。
54.可选的，根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险，包括：根据所述初始航行路线的各航路控制点的位置信息和航路划分的时间间隔信息，确定未来时刻的各航路控制点位置信息；根据未来时刻的航路控制点位置信息，在所述目标概率距离地图中确定未来时刻航路控制点到碍航物的概率距离；根据所述概率距离和预设门限值，确定所述初始航行路线是否存在碰撞风险。
55.可选的，在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线，包括：确定所述初始航行路线存在碰撞风险的时间段和该时间段对应的避障起点和避障终点；在所述避障起点和避障终点内进行随机采样，确定至少一个不存在碰撞风险的采
样点；对所述采样点进行连线，确定不存在碰撞风险的采样点连线；计算所述采样点连线的航行速度，将航行速度小于最大航行速度的采样点连线确定为从避障起点到避障终点的一条备选航行线路线；保存所述备选航行路线并重复在避障起点和避障终点内采样，直到所述备选航行路线的数量达到预设值，得到至少一条备选航行路线。
56.可选的，对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线，包括：以加速度变化作为代价函数，最大加速度作为约束条件，对所述至少一条备选航行路线进行平稳性优化，得到优化后的备选航行路线；通过所述目标概率距离地图，计算至少一条优化后的备选航行路线的航路点至碍航物的概率距离；将航路点至碍航物的概率距离最小的备选航行路线确定为优化航行路线；将所述优化航行路线与初始航行路线进行连线，并进行优化，得到最优航行路线。
57.需要说明的是，该装置是与上述方法对应的装置，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。
58.本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有指令，所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述的方法。上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该实施例中，也能达到相同的技术效果。
59.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
60.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
61.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
62.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
63.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
64.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说
对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
65.此外，需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行，某些步骤可以并行或彼此独立地执行。对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置（包括处理器、存储介质等）或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。
66.因此，本发明的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。
67.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种无人艇航行路线确定方法，其特征在于，包括：获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。2.根据权利要求1所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，获取无人艇初始航行路线，包括：获取无人艇的起点位置速度信息和终点位置速度信息；根据所述起点位置速度信息和终点位置速度信息，确定预期航行时间；根据所述预期航行时间和预设长度常数，将起点至终点之间的航行路线进行分段，得到至少一个航路控制点；对所述航路控制点进行优化，得到初始航行路线。3.根据权利要求1所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，获取目标概率距离地图，包括：获取无人艇在初始位置的概率距离地图；根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图。4.根据权利要求3所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，获取无人艇在初始位置的概率距离地图，包括：获取无人艇初始位置的地图参数：；其中，表示第个航路规划时刻，表示地图中心x坐标，表示地图中心y坐标，表示地图x方向半长，表示地图y方向半长，表示地图栅格长度；地图中心x坐标等于无人艇初始位置x坐标、地图中心y坐标等于无人艇初始位置y坐标；将地图参数根据栅格长度，等比例划分为概率距离地图；其中，概率距离地图为：；其中，栅格中心位置，表示栅格中心位置的x坐标，表示栅格中心位置的y坐标；表示各碍航物的最小概率距离；h表示栅格在概率距离地图中的横坐标序号；w表示栅格在概率距离地图中的纵坐标序号。
5.根据权利要求4所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，根据无人艇当前位置信息，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图，包括：在无人艇当前位置信息满足条件：时，对所述概率距离地图进行更新，得到当前时刻的目标概率距离地图；其中，表示第k个规划时刻无人艇的x轴位置信息、表示第k个规划时刻无人艇的y轴位置信息、为预设常数。6.根据权利要求1所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险，包括：根据所述初始航行路线的各航路控制点的位置信息和航路划分的时间间隔信息，确定未来时刻的各航路控制点位置信息；根据未来时刻的航路控制点位置信息，在所述目标概率距离地图中确定未来时刻航路控制点到碍航物的概率距离；根据所述概率距离和预设门限值，确定所述初始航行路线是否存在碰撞风险。7.根据权利要求1所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线，包括：确定所述初始航行路线存在碰撞风险的时间段和该时间段对应的避障起点和避障终点；在所述避障起点和避障终点内进行随机采样，确定至少一个不存在碰撞风险的采样点；对所述采样点进行连线，确定不存在碰撞风险的采样点连线；计算所述采样点连线的航行速度，将航行速度小于最大航行速度的采样点连线确定为从避障起点到避障终点的一条备选航行线路线；保存所述备选航行路线并重复在避障起点和避障终点内采样，直到所述备选航行路线的数量达到预设值，得到至少一条备选航行路线。8.根据权利要求1所述的无人艇航行路线确定方法，其特征在于，对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线，包括：以加速度变化作为代价函数，最大加速度作为约束条件，对所述至少一条备选航行路线进行平稳性优化，得到优化后的备选航行路线；通过所述目标概率距离地图，计算至少一条优化后的备选航行路线的航路点至碍航物的概率距离；将航路点至碍航物的概率距离最小的备选航行路线确定为优化航行路线；将所述优化航行路线与初始航行路线进行连线，并进行优化，得到最优航行路线。9.一种无人艇航行路线确定装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；
处理模块，用于根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至8任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供一种无人艇航行路线确定方法、装置及设备，涉及计算机信息处理技术领域。所述方法包括：获取无人艇初始航行路线和目标概率距离地图；根据所述目标概率距离地图，判断所述初始航行路线是否存在碰撞风险；在所述初始航行路线存在碰撞风险的情况下，在所述目标概率距离地图中确定至少一条备选航行路线；对所述至少一条备选航行路线进行优化处理，确定最优航行路线。本发明的方案可以基于概率距离地图，规避传感器感知不确定性的问题；有效降低目标定位抖动、目标跟踪不稳、目标航速航向不准确的影响，进行有效无人艇航行避障规划。进行有效无人艇航行避障规划。进行有效无人艇航行避障规划。


技术研发人员：蔡庆 雷勇 李肖霞 孙世平 李锋 梁立 阴启玉 袁文亮
受保护的技术使用者：中船（北京）智能装备科技有限公司
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/11