一种基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法

技术特征：
1.一种基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一，提取数字高程地图中的高程数据和地图参数，根据地图参数确定地图精度值k；k＝l
·
cos(27.5)所述的地图参数包括经度、纬度和地图栅格数量；其中：l表示单个栅格的纬度方向的实际距离为x表示单位经度或者单位纬度的栅格数；m表示地图包含的经度或者纬度的数量；步骤二，设定直升机输入航点的步长、直升机飞行的安全距离、直升机性能参数和任务约束下的飞机参数；所述的直升机性能参数包括直升机巡航状态下的前飞速度最大值为v
fmax
、任务要求下的前飞速度约束最小值v
fmin
、爬升速度最大值v
cmax
和任务要求下的爬升速度约束最小值v
cmin
；步骤三，判断地图精度值与直升机输入航点的步长比值大小，对应进行二维三次卷积插值处理或压缩处理，得到高精度的数字高程地图；步骤四，计算步骤三中的得到的数字高程地图中每个栅格对应位置的四邻域的梯度值，并选取最大地形梯度值；步骤五，根据最大梯度值和直升机性能参数得到灰度值；步骤六，对步骤五得到的灰度值结合直升机飞行的安全距离进行二值化处理得到二值图。2.如权利要求1所述的基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，其特征在于，所述的判断地图精度值与直升机输入航点的步长比值大小，进行二维三次卷积插值处理或压缩处理得到高精度的数字高程地图具体包括以下内容：若地图精度值与直升机输入航点步长的比值大于1.2倍，则对高程数据进行压缩处理，得到新的高程数据m1，进而得到高精度的数字高程地图n1；若地图精度值与直升机输入航点步长的比值小于0.8倍，则对高程数据进行二维三次卷积插值处理，得到新的高程数据m2，进而得到高精度的数字高程地图n2，若地图精度值与直升机输入航点步长的比值在0.8～1.2内，进入步骤四。3.如权利要求1所述的基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，其特征在于，步骤四中，所述的计算步骤三中的得到的数字高程地图中每个栅格对应位置的四邻域的梯度值，并选取最大地形梯度值具体包括以下步骤：步骤4.1，采用下面公式计算栅格纬度方向的地形梯度值θ
a
、θ
b
；
其中：h表示当前栅格的高程数据；h1、h2分别表示四邻域中纬度方向两个栅格的高程数据；m表示纬度方向相邻栅格中心之间的实际距离；步骤4.2，同理可得栅格经度方向的地形梯度值为步骤4.2，同理可得栅格经度方向的地形梯度值为其中：h3、h4表示四邻域中经度方向两个栅格的高程数据；n表示经度方向相邻栅格中心之间的实际距离；步骤4.4，根据地形梯度值θ
a
、θ
b
、θ
c
、θ
d
确定栅格的最大地形梯度值θ；θ＝max{θ
a,
,θ
b
,θ
c
,θ
d
}。4.如权利要求1所述的基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，其特征在于，所述的根据最大地形梯度值和直升机性能参数得到灰度值具体包括以下步骤：步骤5.1，确定直升机飞行的最小俯仰角为θ
min
和最大俯仰角为θ
max
；；步骤5.2，采用下述公式计算灰度值c的计算过程如下：其中：θ指的是每个栅格的最大地形梯度值c
min
表示最小地形梯度值的栅格对应的灰度值；c
max
表示最大地形梯度值的栅格对应的灰度值；c
not
表示绝对不可达的栅格对应的灰度值；{c
min
～c
max
,c
not
}为灰度值范围。5.如权利要求1所述的基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，其特征在于，所述的对步骤五得到的灰度值结合直升机飞行的安全距离进行二值化处理得到二值图的过程具体包括以下步骤；步骤6.1，确定栅格最大俯仰角α下的灰度值c
α
；
步骤6.2，判断当前栅格对应的灰度值与灰度值c
α
的大小，若灰度值大于灰度值c
α
，则将当前栅格设定为不可飞域，二值c'赋值为0，灰度值小于灰度值c
α
，设将当前栅格设定为可飞域，二值c'赋值为1，生成二值图；步骤6.3，根据直升机飞行的安全距离l
s
，对二值图的不可飞域进行膨胀处理，不可飞域向八邻域膨胀个栅格得到最终的二值图。

技术总结
本发明公开了一种基于地形梯度二值化的直升机航迹规划地图处理方法，提取数字高程地图中的高程数据和地图参数，根据地图参数确定地图精度值k；设定直升机输入航点的步长、直升机飞行的安全距离、直升机性能参数和任务约束下的飞机参数；通过对比步长要求与地图精度值，使用插值算法及地图压缩等算法处理得到能够直接满足任务要求的数字高程地图，避免了地图精度值过高或过低对航迹规划效果的影响；通过计算梯度值生成灰度图，为后续航迹规划的代价计算提高效率；通过结合直升机性能参数和任务要求下的参数将灰度图二值化，极大的为后续航迹规划提高算法效率；解决了现有技术中数字高程地图数据量大且信息冗余导致的航迹规划效率低的技术问题。效率低的技术问题。效率低的技术问题。


技术研发人员：李靖 张泽 武晓东 周炜 黄骏
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/5/17