本技術(shù)涉及路徑規(guī)劃，尤其涉及一種航行器模擬軌跡的確定方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在航行器避障和路徑規(guī)劃領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)窗口法（dynamic?window?approach,?dwa）是一種被廣泛應(yīng)用的局部路徑規(guī)劃算法，主要用于實(shí)時(shí)避障和導(dǎo)航。dwa算法通過考慮航行器的動(dòng)態(tài)限制（如速度、加速度等）及其周圍環(huán)境中的目標(biāo)障礙物，動(dòng)態(tài)計(jì)算出最優(yōu)的移動(dòng)窗口，以生成安全的航行路徑。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于高效處理航行環(huán)境中障礙物的避讓問題，并能夠提供平滑的路徑規(guī)劃，確保航行器在復(fù)雜環(huán)境中的安全性和靈活性。

2、盡管dwa算法在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能，但其存在一個(gè)重要的局限性，即未能充分考慮潛在障礙物的動(dòng)態(tài)特征，例如障礙物的運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)向變化。這種忽視可能導(dǎo)致航行器在避障過程中與快速變化位置的障礙物發(fā)生碰撞。

3、因此，如何改進(jìn)相關(guān)評(píng)價(jià)函數(shù)，以增強(qiáng)航行器在動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境下的模擬軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)避障是當(dāng)前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種航行器模擬軌跡的確定方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，其解決了如何改進(jìn)相關(guān)評(píng)價(jià)函數(shù)，以增強(qiáng)航行器在動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境下的模擬軌跡的技術(shù)問題，達(dá)到了增強(qiáng)航行器在動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境下的模擬軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)避障的技術(shù)效果。

2、為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)采用的主要技術(shù)方案包括：

3、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種航行器模擬軌跡的確定方法，所述方法包括：

4、基于航行器的物理結(jié)構(gòu)和障礙物信息確定速度采樣窗口；

5、采用所述速度采樣窗口獲取采樣時(shí)間內(nèi)所述航行器的速度組合；

6、構(gòu)建包括軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)和引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)；其中，所述軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)用于表征衡量航行器模擬軌跡和障礙物模擬軌跡的位置關(guān)系；所述引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)用于表征引導(dǎo)所述航行器按照指定方向繞行，以減少避障運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性；

7、利用所述動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所述速度組合對(duì)應(yīng)的航行器模擬軌跡進(jìn)行評(píng)分，基于評(píng)分結(jié)果確定目標(biāo)航行器模擬軌跡。

8、本實(shí)施例提供的一種航行器模擬軌跡的確定方法，通過基于航行器的物理結(jié)構(gòu)和障礙物信息確定速度采樣窗口，可以確保航行器在復(fù)雜環(huán)境中保持最佳的靈活性與響應(yīng)能力。接著，在采樣時(shí)間內(nèi)獲取多種速度組合，為后續(xù)決策提供豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提升避障決策的精確度和效率。構(gòu)建動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)，結(jié)合軌跡點(diǎn)和引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)，使得航行器的模擬路徑能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估航行器與障礙物之間的安全距離，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)確保航行器按照預(yù)定路徑移動(dòng)，減少隨意性。最終，通過對(duì)模擬軌跡進(jìn)行評(píng)分，能夠有效篩選出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)路徑，從而提高避障成功率，實(shí)現(xiàn)更高效的路徑規(guī)劃。

9、可選地，所述軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的構(gòu)建方式包括：

10、確定位于預(yù)先設(shè)定的軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第一潛在威脅障礙物集合；

11、獲取所述第一潛在威脅障礙物集合中第一潛在威脅障礙物的速度信息和位置信息，利用軌跡點(diǎn)模擬模型生成所述第一潛在威脅障礙物對(duì)應(yīng)的障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)；

12、基于所述障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)、所述航行器和所述第一潛在威脅障礙物的距離以及所述航行器模擬軌跡，構(gòu)建所述軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)。

13、本實(shí)施例通過確定位于預(yù)先設(shè)定軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第一潛在威脅障礙物集合，能夠有效篩選出對(duì)航行器安全構(gòu)成威脅的障礙物，提升航行器的避障能力。接著，獲取這些潛在威脅障礙物的速度和位置信息，并利用軌跡點(diǎn)模擬模型生成相應(yīng)的障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)。不僅提供了潛在障礙物的動(dòng)態(tài)特征，還為后續(xù)的軌跡分析奠定了基礎(chǔ)，有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其未來位置。最后，基于障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)、航行器與潛在威脅障礙物之間的距離以及航行器的模擬軌跡，構(gòu)建軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)。這一評(píng)價(jià)函數(shù)能夠綜合考慮各個(gè)因素，實(shí)時(shí)評(píng)估航行器與障礙物之間的相對(duì)位置關(guān)系，從而為航行后續(xù)的路徑規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

14、可選地，所述確定位于預(yù)先設(shè)定的軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第一潛在威脅障礙物集合，包括：

15、針對(duì)任一障礙物，確定所述航行器和所述任一障礙物之間的連線與所述速度組合中速度矢量的第一夾角，以及所述航行器和所述任一障礙物之間的直線距離；

16、將所述第一夾角小于等于第一夾角閾值，且所述直線距離小于等于航行器領(lǐng)域半徑內(nèi)的所述任一障礙物組成所述第一潛在威脅障礙物集合；其中，所述航行器領(lǐng)域半徑表征所述航行器自身尺寸決定的安全距離范圍。

17、本實(shí)施例通過針對(duì)任一障礙物確定航行器與該障礙物之間的連線與速度組合中的速度矢量的第一夾角，以及兩者之間的直線距離。這一過程能夠評(píng)估障礙物相對(duì)航行器的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)和距離，幫助識(shí)別潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。通過將第一夾角小于等于第一夾角閾值且直線距離小于等于航行器領(lǐng)域半徑的障礙物納入第一潛在威脅障礙物集合，這一篩選機(jī)制確保只有那些在航行器安全范圍內(nèi)且有可能影響航行路徑的障礙物被識(shí)別為潛在威脅。航行器領(lǐng)域半徑的設(shè)定是基于航行器尺寸決定的安全距離范圍，進(jìn)一步增加了航行器的安全性。本技術(shù)實(shí)施方式通過精確評(píng)估障礙物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和與航行器的相對(duì)位置，能夠有效構(gòu)建出一個(gè)動(dòng)態(tài)的潛在威脅障礙物集合，從而提升航行器在復(fù)雜環(huán)境下的安全識(shí)別能力和響應(yīng)效率。

18、可選地，所述軌跡點(diǎn)模擬模型為：

19、

20、其中，(xtraj,ytraj)為障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)；(xoa,yoa)為第一潛在威脅障礙物的位置信息；vp為第一潛在威脅障礙物的速度信息；θc為vp與水平方向的夾角；δt1為障礙物模擬軌跡的模擬時(shí)間。

21、可選地，所述軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)為：

22、

23、

24、

25、其中，traj_dist(v,w)為軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)；r為航行器領(lǐng)域半徑；pend為航行器模擬軌跡的末端點(diǎn)坐標(biāo)；pobi為第i個(gè)障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)；τi為各個(gè)第一潛在威脅障礙物的權(quán)重；n為第一潛在威脅障礙物的個(gè)數(shù)；dtraj為障礙物模擬軌跡點(diǎn)坐標(biāo)和航行器模擬軌跡的末端點(diǎn)坐標(biāo)之間的歐氏距離；distci為航行器和第i個(gè)第一潛在威脅障礙物的距離；distcj為航行器和第j個(gè)第一潛在威脅障礙物的距離。

26、可選地，所述引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的構(gòu)建方式包括：

27、確定位于預(yù)先設(shè)定的引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第二潛在威脅障礙物集合；

28、獲取所述第二潛在威脅障礙物集合中第二潛在威脅障礙物的速度信息和位置信息，利用引導(dǎo)點(diǎn)模擬模型生成所述第二潛在威脅障礙物對(duì)應(yīng)的障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)；

29、基于所述障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)、所述航行器和所述第二潛在威脅障礙物的距離以及航行器模擬軌跡，構(gòu)建所述引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)。

30、本實(shí)施例通過確定位于預(yù)設(shè)引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第二潛在威脅障礙物集合。能夠有效篩選出與航行器路徑相關(guān)的障礙物。通過獲取第二潛在威脅障礙物的速度信息和位置信息，并利用引導(dǎo)點(diǎn)模擬模型生成相應(yīng)的障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)，使得能夠動(dòng)態(tài)反映障礙物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為后續(xù)的引導(dǎo)航行器向障礙物指定側(cè)后方繞行提供支持?；谡系K物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)、航行器與第二潛在威脅障礙物的距離以及航行器模擬軌跡來構(gòu)建引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)障礙物潛在威脅的全面分析，使其在復(fù)雜環(huán)境中能夠作出更快速、更精確的反應(yīng)，以增強(qiáng)整體航行安全性。

31、可選地，所述確定位于預(yù)先設(shè)定的引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)作用范圍內(nèi)的第二潛在威脅障礙物集合，包括：

32、針對(duì)任一障礙物，確定所述航行器和所述任一障礙物之間的連線與所述速度組合中速度矢量的第二夾角，以及所述航行器和所述任一障礙物之間的直線距離；

33、將所述第二夾角小于等于第二夾角閾值，且所述直線距離小于等于航行器領(lǐng)域半徑內(nèi)的所述任一障礙物組成所述第二潛在威脅障礙物集合；其中，所述航行器領(lǐng)域半徑表征所述航行器自身尺寸決定的安全距離范圍。

34、本實(shí)施例通過有效分析障礙物的運(yùn)動(dòng)方向與航行器之間的相對(duì)位置關(guān)系，為后續(xù)的威脅評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過設(shè)置第二夾角和直線距離的第二夾角閾值，篩選出滿足條件的障礙物組成第二潛在威脅障礙物集合，從而提升航行器在復(fù)雜環(huán)境下的安全識(shí)別能力和響應(yīng)效率。

35、可選地，所述障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)包括障礙物模擬左側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)和障礙物模擬右側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)；所述生成所述第二潛在威脅障礙物對(duì)應(yīng)的障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)，包括：

36、對(duì)所述第二潛在威脅障礙物集合中的第二潛在威脅障礙物進(jìn)行分類，得到左側(cè)潛在沖突障礙物和右側(cè)潛在沖突障礙物；

37、確定所述左側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的所述障礙物模擬左側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)，以及確定所述右側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的所述障礙物模擬右側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)。

38、本實(shí)施例對(duì)第二潛在威脅障礙物集合進(jìn)行分類，從而識(shí)別出左側(cè)和右側(cè)的潛在沖突障礙物。隨后，確定左側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的障礙物模擬左側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)，以及右側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的障礙物模擬右側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)。通過這一過程，能夠有效區(qū)分不同方向的障礙物，并為后續(xù)的路徑規(guī)劃提供精準(zhǔn)的空間參考，提高了航行器的避障能力。

39、可選地，所述確定所述左側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的所述障礙物模擬左側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)采用的引導(dǎo)點(diǎn)模擬模型為：

40、

41、所述確定所述右側(cè)潛在沖突障礙物對(duì)應(yīng)的所述障礙物模擬右側(cè)引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)采用的引導(dǎo)點(diǎn)模擬模型為：

42、

43、其中，(xlead,ylead)為障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)；(xob,yob)為第二潛在威脅障礙物的位置信息；θc為第二潛在威脅障礙物的速度信息與水平方向的夾角；δt2、δt3為障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)的模擬時(shí)間。

44、可選地，所述引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)為：

45、

46、

47、

48、其中，lead_dist(v,w)為引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)；r為航行器領(lǐng)域半徑；pend為航行器模擬軌跡的末端點(diǎn)坐標(biāo)；poba為第a個(gè)障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)；τa為各個(gè)第二潛在威脅障礙物的權(quán)重；m為第二潛在威脅障礙物的個(gè)數(shù)；dlead為障礙物模擬引導(dǎo)點(diǎn)坐標(biāo)和航行器模擬軌跡的末端點(diǎn)坐標(biāo)之間的歐氏距離；distca為航行器和第a個(gè)第二潛在威脅障礙物的距離；distcb為航行器和第b個(gè)第二潛在威脅障礙物的距離。

49、可選地，所述動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)為：

50、

51、其中，heading(v,w)為方位角評(píng)價(jià)函數(shù)；α為方位角評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重；velocity(v,w)為速度評(píng)價(jià)函數(shù)；β為速度評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重；dist(v,w)為距離評(píng)價(jià)函數(shù)；γ為距離評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重；traj_dist(v,w)為軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)；δ為軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重；lead_dist(v,w)為引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)；ε為引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重；σ為平滑函數(shù)，對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行歸一化處理。

52、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種航行器模擬軌跡的確定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

53、窗口確定單元，用于基于航行器的物理結(jié)構(gòu)和障礙物信息確定速度采樣窗口；

54、速度確定單元，用于采用所述速度采樣窗口獲取采樣時(shí)間內(nèi)所述航行器的速度組合；

55、函數(shù)構(gòu)建單元，用于構(gòu)建包括軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)和引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)的動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)；其中，所述軌跡點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)用于表征衡量航行器模擬軌跡和障礙物模擬軌跡的位置關(guān)系；所述引導(dǎo)點(diǎn)距離評(píng)價(jià)函數(shù)用于表征引導(dǎo)所述航行器按照指定方向繞行，以減少避障運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性；

56、軌跡評(píng)分單元，用于利用所述動(dòng)態(tài)窗口評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所述速度組合對(duì)應(yīng)的航行器模擬軌跡進(jìn)行評(píng)分，基于評(píng)分結(jié)果確定目標(biāo)航行器模擬軌跡。

57、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：

58、存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器和所述處理器之間互相通信連接，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述處理器通過執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)指令，從而執(zhí)行上述所述的航行器模擬軌跡的確定方法。

59、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述所述的航行器模擬軌跡的確定方法。