基于改进概率地图的无人机实时避障研究

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1、2202010，46（25）ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用基于改进概率地图的无人机实时避障研究王振华，章卫国WANGZhen-hua，ZHANGWei-guo西北工业大学自动化学院，西安710072SchoolofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，ChinaE-mail：wzhua_randy@163.comWANGZhen-hua，ZHANGWei-guo.RealtimeUAVpathplanningusingmo

2、difiedprobabilisticroadmap.ComputerEngi-neeringandApplications，2010，46（25）：220-222.Abstract：Basedonthesamplingtechniques，theProbabilisticRoadmapMethod（PRM）discoverstheconnectivityofaconfig-urationspaceverywell，andhasbeensuccessfullyimplementedinthemotionplanningfield.But，whenthes

3、ampledpointsarebeingconnectedtoeachother，collisioncheckisaninevitablestep，whichisthemosttime-consumingoperationofthismethod.AnewsamplingtechniqueisproposedtosolvetheUAVpathplanningproblem.Usingthismodel，thecollisioncheckoperationisnotnecessary.Sothepathplanningoperationisspeededu

4、p.Keywords：probabilisticroadmapmethod；samplingtechnique；UnmannedAerialVehicle（UAV）；pathplanning摘要：基于空间点采样的概率地图方法能够很好地表示出自由空间的连通性，该方法已在路径规划领域得到了成功的应用。但是，由于在由已得到的采样点基础上构造连通图时，需要检查图的边是否与障碍物发生碰撞，即进行相交检验，限制了概率地图的构造速度，难以满足在实际应用中的实时性要求。针对无人机路径规划问题，以等高线地图作为任务空间，提出了一种新的采样模型，在该模型框架下，依据适当的规

5、则构造临近点集，便可以避免相交检验，提高了路径规划速度。关键词：概率地图；采样策略；无人机；路径规划DOI：10.3778/j.issn.1002-8331.2010.25.064文章编号：1002-8331（2010）25-0220-03文献标识码：Ａ中图分类号：TP391概率地图方法最初由M.H.Overmars等人于文献[1]中提需采样点的数量。针对不同的采样策略、不同的临近点集构出，通过学习和查询两个阶段完成路径的规划。该方法首先造方法和不同的局部规划方法，文献[6]进行了一个深入的比运用了随机概率方法在自由空间（任务空间中，除去障碍物后较研究。

6、的空间）中选取采样点，并选取距离当前点最近的k个点构成但是在所有以往的方法中，局部规划器中的相交检测步当前点的临近点集，然后利用局部规划器将当前点与其临近骤都是必不可少的，而这又是一项计算量极大的工作[1]，成为点集中的所有点用直线段连接起来，同时进行相交检验，将不了限制该方法发展的一个瓶颈。针对无人机的路径规划问与障碍物相交的直线段保留下来构成一个图，作为初始路径，题，提出了一种可以避免相交检测的规划方法，从而提高了规完成路径规划的学习阶段；在查询阶段，运用优化方法对上述划速度，有利于提高无人机路径的实时性。图进行搜索，从而得到由图的边构成的从出发点到

7、目的点并满足优化目标的路径。1路径规划场景随后，概率地图方法引起了广泛关注，许多学者对其进行任务路径规划场景如图1所示，其中阴影区域表示某一了深入的研究和大量改进。文献[2]采用高斯采样策略，使得高度上禁飞区、山峰以及雷达等各种障碍物和威胁的等高线在障碍物比较密集的区域，采样点分布密度越大，从而增加所图。为了简化问题的研究，用一个个圆形或由相交圆所构成构成连通图的概率，增大了路径成功绕过障碍物的概率。的区域将障碍物覆盖，从而将对不规则障碍物的研究简化为文献[3]中将可视图方法融入到路径点采样和临近点集的构造规则的圆形障碍物的研究。这一简化步骤为改进概率地

8、图方中，减小了生成的连通图的大小，提高了路径规划的速度。对法奠定了基础。于存在狭