(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111412034.8 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 中国人民解 放军战略支援 部队信息 工程大学 地址 450000 河南省郑州市高新区科 学大 道62号 申请人 中国人民解 放军6120 6部队 (72)发明人 夏青　吴传均　刘鑫夫　陈刚　 时春霖　鲍梦涛　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 代理人 周艳巧 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 16/9537(2019.01) (54)发明名称 面向任务的时空最优路径评估方法及系统 (57)摘要 本发明属于越野任务路径 规划技术领域， 特 别涉及一种面向任务的时空最优路径评估方法 及系统， 构建时空综合环境影 响模型并进行栅格 化处理， 沿时空坐标系坐标轴以相同空间和时间 间隔将时空分割为时空单元立方体， 将时空单元 立方体作为时空体素； 在任务活动可到达时空棱 镜内， 按固定时间间隔， 以时空体素几何中心为 节点， 用匀速直线运动连接不同时刻的节点以构 建备选时空路径区段； 基于空间轨迹可重叠或交 叉原则在不同时间段的备选时空路径区段中以 综合威胁代价最小为目标搜索并获取时空环境 中综合威胁代 价最优路径。 本发 明利用时空棱镜 范围、 栅格尺度和基于空间掩膜方法将计算量控 制在合理限度内， 实现时空一体最优路径规划， 更加优化、 效率更高。 权利要求书2页 说明书19页 附图9页 CN 114254808 A 2022.03.29 CN 114254808 A 1.一种面向任务的时空最优路径评估方法， 其特 征在于， 包 含如下内容： 在时空坐标系中构建面向任务的用于描述环境综合威胁程度代价的时空综合环境影 响模型； 对时空综合环境影响模型进行栅格化处理， 沿时空坐标系坐标轴以相同空间和时间间 隔将时空分割为时空单 元立方体， 将时空单 元立方体作为时空体素； 在任务活动的可到达时空棱镜 内， 按照固定时间间隔， 以时空体素几何中心为节点， 用 匀速直线运动连接不同时刻的节点以构建备选时空路径区段； 基于空间轨迹可重叠或交叉原则在不同时间段的备选时空路径区段中以综合威胁代 价最小为目标搜索出时空环境中综合 威胁代价 最优路径。 2.根据权利要求1所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 所述时空综 合环境影响模型在空间环境代价规律基础上扩展时间维， 利用时空坐标系记录空间点随时 间点的环境、 态势及能力因素对任务执行中环境代价累计增长率， 其中， 确定地表一点为原 点、 以向东方向为X轴、 向北方向为Y轴、 并以时间T为竖直向上的Z轴建立三维直角坐标系， 以该三维直角坐标系作为时空坐标系。 3.根据权利要求1或2所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 栅格化 处理中， 分别沿时空坐标系的X轴和Y轴， 以相同的空间间隔将空间栅格化， 每个空间栅格确 定一个空间栅格中心； 沿T轴以相同的时间间隔分割， 将时间和空间栅格化后的最小时空单 元作为用于简化环境空间变化和时间变化复杂性的时空体素。 4.根据权利要求3所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 通过在栅格 化后的时空体素环境中， 依据沿空间直线时刻按照环境 允许的最大安全速度行进并到达目 标空间栅格中心所需要的最短时间获取对应时空点到临近空间栅格中心所需最短时间， 求 解每个空间栅格中心 位置的最早到达时空点来近似表达时空棱镜的下棱锥表面， 并求解每 个空间栅格中心 位置的最晚停留时空点来近似表达时空棱镜的上棱锥表面； 将相应段运动 的时空轨迹作为连接当前时空点和目标 空间栅格中心， 且首尾相接的多个时空直线段构成 的连续时空轨迹； 每一时空直线段处于不同时空体素中， 且除当前时空点和目标空间栅格 中心外， 每段 的时空起始点和结束点为时空轨迹传入和穿出时空体素 的时空坐标； 时空轨 迹追踪按序依 次根据上一次穿出时空体素的时空坐标作为下一段时空直线段运动的时空 起始点， 结合空间移动方向、 时空体素时空范围及在时空体素内按特定方向行驶的最大速 度计算穿出时空体素时的时空坐标， 直至在空间上到达目标空间栅格中心； 依据下棱锥表 面和上棱锥表面组成的时空棱镜表示用于描述任务执行者行使路径必然所经范围的目标 对象可达域范围。 5.根据权利要求1或2所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 利用时 空体素在时空综合环 境影响模型中追踪任务活动时空轨迹； 并依据时空轨迹途径每个时空 体素时产生的代价值之和来 获取任务执行方案总的代价累积值， 利用总的代价值来评估执 行方案的优劣程度。 6.根据权利要求1所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 设定任务执 行方案起始和达到的时空坐标， 依据进入时空体素和穿出时空体素的时空点构 造直线段来 获取任务执行方案的时空轨迹； 利用模型中任务执行进入或穿出时空体素时空点的时空坐 标来获取时空轨迹上途经每个时空体素内行进长度和停留时间， 通过时空轨迹经过的各时权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114254808 A 2空体素代价增长率及对应时空体素内停留时间、 和行进长度来获取任务执行方案的综合环 境代价。 7.根据权利要求6所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 假设任务执 行方案在第 i个时空体素中产生的代价 则任务执行方案的综合环境代价 为 其中， n表示时空轨迹依 次通过的时空体素个数， 表示第i个时空体素代价 增长率， 表示时空轨迹在第i个时空体素中停留时间， 表示时空轨迹在第i个时空体 素中行进长度。 8.根据权利要求1所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 路径搜索采 用时间段分层进行查找， 从可到达域内部第一个计算时间段开始计算， 在计算其中一时间 段时， 以该时间段内可到达域下边界上各节点或上一个时间段的目标体素中心点为起点， 计算满足当时速度条件的前提下， 节点到该时间段目标体素中心点的备选时空路径； 评估 位于当前计算时间段的每个目标体素中心点连接的多个备选路径， 仅保留其中一条累积综 合威胁代价最小的路径， 抛弃其它 备选路径， 结合相 应起点的最小综合威胁代价评估到当 前目标体素中心点的最小累积综合威胁代价； 如果当前时间段计算中， 可到达时空域包含 部分时空棱镜上边界， 则将上边界上各节点作为 目标体素中心点参与计算， 并评估从上边 界相应节点至最终目标点的总体累积综合威胁代价； 进入下一计算时间段， 直至完成可到 达域内的所有计算； 找出所有到达越野终点路径的累积综合威胁代价最小的一条路径作为 代价最优路径。 9.根据权利要求1或8所述的面向任务的时空最优路径评估方法， 其特征在于， 在路径 搜索中采用并行计算和/或启发式搜索， 或利用空间位置掩膜对目标时空体素中心点采样 或降低时空体素分辨 率来增加时空体素时空间隔， 以优化路径搜索计算 量。 10.一种面向任务的时空最优路径评估系统， 其特征在于， 包含： 模型构建模块、 模型求 解模块、 备选构建模块和最优输出模块， 其中， 模型构建模块， 用于在时空坐标系中构建面向任务的用于描述环境综合威胁程度代价 的时空综合环境影响模型； 模型求解模块， 用于对时空综合环境影响模型进行栅格化处理， 沿时空坐标系坐标轴 以相同空间和时间 间隔将时空分割为时空单 元立方体， 将时空单 元立方体作为时空体素； 备选构建模块， 用于在任务活动的可到达时空棱镜 内， 按照固定时间间隔， 以时空体素 几何中心为节点， 用匀速直线运动连接不同时刻的节点以构建备选时空路径区段； 最优输出模块， 用于基于空间轨迹可重叠或交叉原则在不同时间段的备选时空路径区 段中以综合 威胁代价 最小为目标搜索出时空环境中综合 威胁代价 最优路径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114254808 A 3