基于改進RRT*算法的井下巷道漫游路徑規(guī)劃方法

摘" 要： 針對目前井下巷道作業(yè)人員行動軌跡重現(xiàn)，以及巷道漫游等三維可視化巷道虛擬現(xiàn)實過程中的碰撞檢測和路徑規(guī)劃問題，提出一種將改進快速探索隨機樹（RRT*）算法和貪心算法相結(jié)合，解決井下巷道復雜環(huán)境和高維空間尋求最優(yōu)路徑的方法。這一改進方法使用優(yōu)先探索策略和貪心策略，解決了RRT算法難以求解最優(yōu)的可行路徑和RRT*算法運動路徑振蕩的問題。通過Matlab仿真實驗平臺進行驗證，結(jié)果表明：所提出的規(guī)劃方法可得到滿意的避障規(guī)劃路徑；且相較于RRT*算法，該方法減少了大部分的無用路徑搜索和路徑邊徑的內(nèi)存存儲，提高了路徑規(guī)劃的效率，有效解決了虛擬現(xiàn)實過程中運動路徑的振蕩問題，實現(xiàn)了平滑的路徑規(guī)劃。

關(guān)鍵詞： 巷道漫游； 改進RRT*算法； 貪心策略； 路徑規(guī)劃； 碰撞檢測； 最優(yōu)路徑

中圖分類號： TN957.52+4?34； TD67" " " " " " " " " "文獻標識碼： A" " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2024）12?0062?07

Method of mine lane roaming path planning based on improved RRT* algorithm

WANG Lili1， 2

（1. CCTEG Changzhou Research Institute， Changzhou 213000， China; 2. Tiandi （Changzhou） Automation Co.， Ltd.， Changzhou 213000， China）

Abstract： In allusion to the problem of collision detection and path planning in the mine lane virtual reality process of 3D visualization mine lane， such as the action trajectory reproduction of underground coal mine lane operators and coal mine lane roaming， an improved method is proposed to solve the problem of seeking the optimal path in the complex environment and high?dimensional space of underground coal mine lane by combining the improved rapidly?exploring random tree star （RRT*） algorithm with the greedy algorithm. In the improved method， the first exploration strategy and greedy strategy are used to solve the problem that RRT algorithm is difficult to solve the optimal feasible path and the problem of RRT* algorithm motion path oscillation. The Matlab simulation experiment platform verifies that the proposed planning method can obtain satisfactory obstacle avoidance planning path， and in comparison with RRT* algorithm， this method can reduce most useless path search and memory storage of path edge path， improve the efficiency of path planning， effectively solve the problem of motion path oscillation in the process of virtual reality， and realize smooth path planning.

Keywords： mine lane roaming; improved RRT* algorithm; greedy strategy; path planning; collision detection; optimal path

0" 引" 言

隨著礦山智能化的發(fā)展，在建立數(shù)字化、信息化、虛擬化方面，透明礦井等三維可視化技術(shù)的重要程度越來越高，應用也日漸廣泛。對煤礦地面和井下使用實際地理空間信息數(shù)據(jù)進行精細化三維建模，與礦井三維地質(zhì)模型相疊加，實現(xiàn)地下作業(yè)環(huán)境及設備的可視化管理和位置數(shù)據(jù)支持，在井下動目標定位、智能巡檢機器人、車輛無人駕駛等應用領(lǐng)域的運動路徑規(guī)劃及導航中發(fā)揮重要的“地圖大腦”作用。

目前大多數(shù)煤礦均已建立井下真三維透明礦井的應用，但在某些實際應用場景中仍存在問題，如：井下人員根據(jù)定位系統(tǒng)計算出行走的運動軌跡在進行虛擬現(xiàn)實軌跡重現(xiàn)演示時，會出現(xiàn)穿越巷道墻壁或者碰撞安裝在巷道內(nèi)的各類設備等情況，與實際運動情況不符?！?br>