Построение карты проходимости местности по изображениям с БПЛА для планирования маршрута шнекового робота

Аннотация

Шнековый движитель обеспечивает высокую опорную проходимость на водонасыщенных, заболоченных и заснеженных грунтах, но утрачивает подвижность на сухих плотных и каменистых поверхностях, из-за чего стандартные карты проходимости, откалиброванные под колёсные и гусеничные платформы, для него непригодны: участки, штрафуемые в обычной модели как труднопроходимые, для шнекохода предпочтительны. Несогласованность типовой стоимостной разметки местности с инверсной мобильностью шнекового движителя порождает маршруты, формально короткие, но физически нереализуемые. Цель работы – построение карты проходимости по материалам аэрофотосъёмки с беспилотного летательного аппарата, стоимостная разметка которой настроена на мобильный профиль шнекохода, и планирование маршрута по такой карте. Построена авторская расчётная модель: ортофотоплан и цифровая модель рельефа, восстановленные фотограмметрически, преобразуются в растр стоимости перемещения через классификацию типов поверхности и оценку локальных уклонов, после чего трасса отыскивается взвешенным алгоритмом поиска на полученном растре. Модельный расчёт на сцене площадью 1,24 км² показал, что маршрут, проложенный по инверсной карте проходимости, длиннее геометрически кратчайшего примерно на 18,6%, тогда как интегральная стоимость перемещения по нему ниже на 41,3%, а доля трассы по благоприятным для шнека мягким грунтам возрастает с 31,7 до 78,4%. Наибольшую чувствительность результат обнаруживает к весу уклона в стоимостной функции и к разрешению цифровой модели рельефа; при огрублении сетки рельефа с 0,25 до 1,0 м доля мягких грунтов на трассе снижается немонотонно. Полученные соотношения показывают, что пригодность маршрута для шнекохода задаётся согласованностью стоимостной разметки с инверсным характером опорной проходимости движителя, тогда как геометрическая длина пути отступает на второй план.