一种飞行器避障路径规划的方法与流程

1.本发明涉及的是路径规划技术领域，具体涉及一种飞行器避障路径规划的方法。


背景技术：

2.目前，无人机在进行作业前，需要对无人机的飞行路线做提前规划，一般的步骤是：(1)圈定范围：在地图上描绘多边形边界，表示无人机所有运行轨迹不能超出该范围；(2)设定飞行角度：无人机按照这个角度进行往复飞行；(3)设定路径间距：无人机飞行路径之间的间距；(4)放置障碍物：在圈定范围内，指定一个范围，表示障碍物，无人机运行轨迹不能进入该范围，障碍物应该在圈定范围内可以是多个。
3.完成以上设置，即可以满足一般无人机作业路径约束条件，但是，现有的飞行轨迹算法不具备避障功能，为了解决上述问题，开发一种基于地图经纬度坐标系在圈定多边形区域内的飞行器路径规划并进行避障的算法尤为必要。


技术实现要素：

4.针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种飞行器避障路径规划的方法，具备避障功能，在实现路径规划设置过程中，能够设定一个或多个障碍物，并规划路径能够绕过这些障碍物，易于推广使用。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种飞行器避障路径规划的方法，其步骤为：(1)根据划定范围、旋转角度、行距，生成无障碍情况下的路径轨迹数据；(2)在圈定地块内增加障碍物，轨迹做相应调整：
①
输入初始轨迹点；
②
循环遍历轨迹点两两判断，是否与障碍物有相交的情况；
③
若无相交，重复第
②
步；若有相交，分别计算当前两点连线与障碍物各边的交点，分别记录，并根据航线方向，修正避障航线；
④
遍历结束，根据修正航线，重新渲染航线图，逻辑结束。
6.作为优选，所述的步骤(2)的具体算法流程描述如下：
①
循环遍历所有轨迹点，两两取出当前遍历轨迹点，记作a、b；
②
判断a、b连线是否与障碍物有相交的情况，其中障碍物的四边记为ab、bc、cd、da；
③
若无相交，重复第
②
步；若有相交，记录ab连线与相交边的交点，其中ab连线与ab边、bc边、cd边、da边的交点分别记为xa、xb、xc、xd，航线与障碍物的相交的情况归纳为对边相交和临边相交，其中对
边相交的交点有两种情况，分别为：[xa，xc]、[xd，xb]；临边相交的交点有四种情况，分别为：[xa，xb]、[xb，xc]、[xc，xd]、[xd，xa]；根据航线方向，以顺时针围绕法则，生成避障航线；
④
遍历结束，根据修正航线，重新渲染航线图，逻辑结束。
[0007]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xa，xc]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xa
→b→c→
xc
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xc
→d→a→
xa
→
a。
[0008]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xd，xb]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xd
→a→b→
xb
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xb
→c→d→
xd
→
a。
[0009]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xa，xb]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xa
→b→
xb
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xb
→c→d→a→
xa
→
a。
[0010]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xb，xc]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xb
→c→
xc
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xc
→d→a→b→
xb
→
a。
[0011]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xc，xd]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xc
→d→
xd
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xd
→a→b→c→
xc
→
a。
[0012]
作为优选，所述的步骤
③
中当航线与障碍物的交点为[xd，xa]时，以顺时针围绕法则，若原始航线a
→
b，则修正为：a
→
xd
→a→
xa
→
b；若原始航线b
→
a，则修正为：b
→
xa
→b→c→d→
xd
→
a。
[0013]
本发明的有益效果：本方法在实现路径规划设置过程中，能够设定一个或多个障碍物，并规划路径能够绕过这些障碍物，具备避障功能，应用前景广阔。
附图说明
[0014]
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；图1为本发明实施例1的航线规划示意图；图2为本发明实施例2的航线规划示意图；图3为本发明实施例3的航线规划示意图；图4为本发明实施例4的航线规划示意图；图5为本发明实施例5的航线规划示意图；图6为本发明实施例6的航线规划示意图。
[0015]
具体实施方式
[0016]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0017]
参照图1-6，本具体实施方式采用以下技术方案：一种飞行器避障路径规划的方
法，其步骤为：(1)根据划定范围、旋转角度、行距，生成无障碍情况下的路径轨迹数据；(2)在圈定地块内增加障碍物，轨迹做相应调整：
①
输入初始轨迹点；
②
循环遍历轨迹点两两判断，是否与障碍物有相交的情况；
③
若无相交，重复第
②
步；若有相交，分别计算当前两点连线与障碍物各边的交点，分别记录，并根据航线方向，修正避障航线；
④
遍历结束，根据修正航线，重新渲染航线图，逻辑结束。
[0018]
本具体实施方式步骤(2)的具体算法流程描述如下：
①
循环遍历所有轨迹点，两两取出当前遍历轨迹点，记作a、b；
②
判断a、b连线是否与障碍物有相交的情况，其中障碍物的四边记为ab、bc、cd、da；
③
若无相交，重复第
②
步；若有相交，记录ab连线与相交边的交点，其中ab连线与ab边、bc边、cd边、da边的交点分别记为xa、xb、xc、xd，航线与障碍物的相交的情况归纳为对边相交和临边相交，其中对边相交的交点有两种情况，分别为：[xa，xc]、[xd，xb]；临边相交的交点有四种情况，分别为：[xa，xb]、[xb，xc]、[xc，xd]、[xd，xa]；根据航线方向，以顺时针围绕法则，生成避障航线；
④
遍历结束，根据修正航线，重新渲染航线图，逻辑结束。
[0019]
本具体实施方式通过上述算法，即可输出无人机的合理飞行路径，其输出的形式是一组经纬度坐标点，无人机作业时，按照顺序沿着直线到达各点位，即完成了指定的飞行轨迹。该飞行轨迹算法具备避障功能，在实现路径规划设置过程中，能够设定一个或多个障碍物，并规划路径能够绕过这些障碍物，并实现路径避障生成功能，并支持多个障碍物圈定，支持任意航线角度调整，具备广阔的市场应用前景。
[0020]
实施例1：当航线与障碍物的交点为[xa，xc]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着b、c两点绕行，另一种是沿着a、d两点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xa
→b→c→
xc
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xc
→d→a→
xa
→
a。
[0021]
实施例2：当航线与障碍物的交点为[xd，xb]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着a、b两点绕行，另一种是沿着d、c两点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xd
→a→b→
xb
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xb
→c→d→
xd
→
a。
[0022]
实施例3：当航线与障碍物的交点为[xa，xb]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着b点绕行，另一种是沿着a、d、c三点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xa
→b→
xb
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xb
→c→d→a→
xa
→
a。
[0023]
实施例4：当航线与障碍物的交点为[xb，xc]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着c点绕行，另一种是沿着b、a、d三点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xb
→c→
xc
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xc
→d→a→b→
xb
→
a。
[0024]
实施例5：当航线与障碍物的交点为[xc，xd]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着d点绕行，另一种是沿着c、b、a三点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xc
→d→
xd
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xd
→a→b→c→
xc
→
a。
[0025]
实施例6：当航线与障碍物的交点为[xd，xa]时，为了避开障碍物，规划路径有两种选择：一种沿着a点绕行，另一种是沿着d、c、b三点绕行，以顺时针围绕法则：
①
若原始航线为a
→
b，则避障航线修正为：a
→
xd
→a→
xa
→
b；
②
若原始航线为b
→
a，则避障航线修正为：b
→
xa
→b→c→d→
xd
→
a。
[0026]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。