本技术属于船舶智能控制及导航，具体地，提供一种高速无人艇的航线规划方法。
背景技术：
1、高速无人艇（high-speed unmanned surface vehicle, high-speed usv）具备快速响应、灵活机动的特点，通常用于海上救援、灾害应对、环境监测等任务，路径规划是无人艇执行任务时的关键技术，涉及如何在复杂多变的海洋环境中规划最优路径，以快速、安全地到达目标地点。
2、目前高速无人艇在进行执行各类水面任务时，经常需要确保其依次通过多个预定的位置，在执行上述类型的任务时，不仅需要保证高速无人艇在躲避海面障碍的基础上通过上述预定位置(也被称为必过点)，并且在其通过各个必过点的过程中还应尽量维持航速，以避免频繁降速甚至停船造成任务时间的延长。
3、然而，现有的无人艇路径规划方法，一般是以最终到达位置为目标点，在路径规划过程中重点考虑避障问题，对如何以合理的路径在维持航速情况下通过各个必过点一般不会做出相应的判断。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的问题，本技术提供一种高速无人艇的航线规划方法，用于规划高速无人艇依次通过若干个必过点的航线，该方法包括以下步骤：
2、s100，获取高速无人艇的任务区域、起始点、终止点、若干个依次通过的必过点以及至少一个障碍物的经纬度信息；
3、s200，将任务区域、起始点、终止点、各个必过点以及障碍物的经纬度信息转换为utm坐标；
4、s300，将任务区域、起始点、终止点、各个必过点以及障碍物的utm坐标转换为栅格地图坐标，并在栅格地图上依次执行步骤s400至s700；
5、s400，按照所述高速无人艇的通过顺序在所述起始点和终止点之间依次连接各个必过点，得到第一航线；
6、s500，遍历地对各个必过点进行路径扩张处理，得到各个必过点对应的扩张路径，然后按照所述高速无人艇的通过顺序在所述起始点和终止点之间依次使各个必过点对应的扩张路径首尾相接，得到第二航线，其中，每个必过点位于其对应的扩张路径的中点；
7、s600，基于所述障碍物的栅格地图坐标，使用局部a*算法对所述第二航线进行避障处理，得到第三航线；
8、s700，遍历所述第三航线的各个航段，对所述第三航线进行钝角化处理，得到所述高速无人艇自起始点依次通过若干个必过点后到达终止点的规划航线。
9、优选地，所述栅格地图的栅格分辨率基于所述任务区域的规模进行调整。
10、进一步地，当所述任务区域的长度或宽度大于等于100km时，所述栅格地图的栅格分辨率为500m/格，否则所述栅格地图的分辨率为20m/格。
11、进一步地，步骤s500中对各个必过点进行路径扩张处理，具体为，对于任意一个必过点，执行以下步骤：
12、s501，计算所述第一航线在点处连接的两个航段所成的夹角，如果为锐角则跳转至步骤s502，否则跳转至步骤s504；
13、s502，以点为中点，沿与夹角的中分线垂直方向的两侧各扩张长度，得到对应的两个扩张点、，其中，的下限为所述高速无人艇按照其预计航速经过该必过点时的转弯半径的两倍；
14、s503，判断、的位置是否合法，如是，则以、的连线作为该必过点的扩张路径，并结束对该必过点的路径扩张处理，如否，则放弃该步得到、并跳转至步骤s504，其中，当任意一个点的位置合法时，该点处于所述任务区域内且不处于任意一个障碍物的范围内；
15、s504，以该必过点为中点，沿向两侧各扩张长度以得到该必过点对应的两个潜在扩张点、，其中为第一航线在点前的一个航段上的航点；
16、s505，以该必过点为旋转圆心，将、的连线按照预设的旋转角进行多次旋转，得到该必过点的多条潜在扩张路径；
17、s506，如果所述多条潜在扩张路径中的至少一条合法，则从所述至少一条合法的潜在扩张路径中确定一条最优的潜在扩张路径作为该必过点对应的扩张路径，并将该扩张路径的两个端点确定为该必过点对应的两个扩张点、，然后结束对该必过点的路径扩张处理，否则缩小并返回步骤s504。
18、优选地，步骤s506还包括以下步骤：如果缩小后的小于所述高速无人艇按照其预计航速经过该必过点时的转弯半径的两倍，则降低所述高速无人艇经过该必过点时的预计航速。
19、优选地，步骤s600进一步包括以下步骤：
20、s610，从所述第二航线中提取所有与障碍物相交的航段；
21、s620，遍历各个与障碍物相交的航段，对每个与障碍物相交的航段，依次执行步骤s621至步骤s623，
22、s621，以该航段与障碍物的两个交点为起点，沿该航段分别向障碍物外部扩张长度，得到该航段的避障起点与避障终点，其中，的下限为所述高速无人艇按照其预计航速经过该航段时的转弯半径的两倍；
23、s622，在所述避障起点与避障终点之间执行局部a*算法，得到所述避障起点与避障终点之间的多个避障航点；
24、s623，去除所述多个避障航点中的冗余航点，将所述避障起点、避障终点与剩余的各个避障航点依次连接，得到经过避障处理后的该航段；
25、s630，按照所述高速无人艇的通过顺序在所述起始点和终止点之间依次使所述第二航线中经过避障处理后的各航段及其他各航段首尾连接，得到所述第三航线。
26、优选地，步骤s700进一步包括以下步骤：
27、s710，提取所述第三航线中的所有锐角航段，其中，每个锐角航段包括两个依次连接的初始子航段且该两个初始子航段之间的夹角为锐角；
28、s720，遍历各个锐角航段，对每个锐角航段执行步骤s721；
29、s721，判断该锐角航段的两个初始子航段的长度是否均大于且两者之间的夹角是否大于60度，如是，则通过对该锐角航段执行剪切操作以对其进行钝角化，如否，则通过对该锐角航段进行扩张操作以对其进行钝角化，其中，的下限为所述高速无人艇按照其预计航速经过该锐角航段时的转弯半径的两倍；
30、s730，按照所述高速无人艇的通过顺序在所述起始点和终止点之间依次使所述第三航线中经过钝角化处理后的各锐角航段及其他各航段首尾连接，得到所述规划航线。
31、进一步地，步骤s721中对所述锐角航段进行剪切操作具体为：以该锐角航段的两个初始子航段的交点为起点，分别在两个初始子航段上截取一小于的长度以得到两个剪切点、，删除该锐角航段的两个初始子航段的交点并连接、，从而得到经过钝角化处理的该锐角航段。
32、进一步地，步骤s721中对所述锐角航段进行扩张操作具体为：以该锐角航段的两个初始子航段的交点为起点，持续地进行延伸-旋转操作以得到多个扩张点，然后依次连接各个扩张点之间的各个扩张子航段，以得到经过钝角化处理的该锐角航段，其中，第一个扩张点位于其中一个初始子航段的航向上，且每次延伸-旋转操作中，延伸长度不小于且旋转前后得到的两个扩张子航段的夹角不小于90°。
33、优选地，步骤s200中还包括对所述障碍物进行膨胀操作的步骤。
34、本技术的实施例提供的高速无人艇的航线规划方法，在获取初始航线后，依次对其进行路径扩张、局部避障及钝角化处理，其中，路径扩张使得高速无人艇能够以较高航速通过必过点，局部避障处理则以较小的计算代价对障碍物附近的航段进行调整，钝角化处理进一步对前两步航线调整后所产生的锐角航段进行优化，以提高航行稳定性，降低能耗并减小路径跟踪误差，最终实现对高速无人艇依次通过各个必过点的合理规划。
1.一种高速无人艇的航线规划方法，用于规划高速无人艇依次通过若干个必过点的航线，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s500中对各个必过点进行路径扩张处理，具体为，对于任意一个必过点，执行以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s506还包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s600进一步包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s700进一步包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s721中对所述锐角航段进行剪切操作具体为：
8.根据权利要求6所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s721中对所述锐角航段进行扩张操作具体为：
9.根据权利要求1至8中任一项所述的高速无人艇的航线规划方法，其特征在于，步骤s200中还包括对所述障碍物进行膨胀操作的步骤。
