(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 202111412098.8 (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 吴传均　王浩　夏青　陈刚　 沈宝鸿　 (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) G06Q 10/06(2012.01)G06F 16/9537(2019.01) (54)发明名称 基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评 估方法 (57)摘要 本发明涉及可达域分析领域， 具体为一种基 于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 依据越野者机动能力效 能评估的最短时间代价， 构建时空综合环境影响模型； 通过对时空综合环 境影响模型进行栅格化处理并求解， 将任务执行 方案已确定时空坐标的起点和目标点作为锚点， 利用时空轨迹追踪算法来预测任务执行对象沿 空间直线运动过程中直线段在时空中的最短时 间代价， 并通过最短时间代价搜索求解从任务活 动应当避免时空区域及可到达时空区域两个角 度的时空棱镜， 利用该两个角度的时空棱镜对目 标对象任务活动可到达的时空范围进行评估预 测。 本发明可 实现连续变化时空任务可到达域的 精细化、 全局化分析， 对任务活动环境性能进行 科学、 合理地整体综合评估， 更加贴近实际环境。 权利要求书2页 说明书16页 附图11页 CN 114254810 A 2022.03.29 CN 114254810 A 1.一种基于时空棱镜的任务活动可到 达时空域评估方法， 其特 征在于， 包 含如下内容： 依据越野者机动能力效能评估的最短时间代价， 在时空坐标系中构建面向任务的用于 描述时空环境影响规 律的时空综合环境影响模型； 通过对时空综合环境影响模型进行栅格化处理并求解， 将任务执行方案已确定时空坐 标的起点和目标点作为锚点， 利用时空轨迹追踪算法来预测任务执行对象沿空间直线运动 中直线段在时空中的最短时间代 价， 其中， 锚点为单点状、 或为线状、 或为散列多点状、 或为 面状； 利用最短时间代价来搜索并求解用于描述任务活动应当避免时空区域的危险逃逸时 空棱镜及用于描述可到达时空 区域的可达域时空棱镜， 利用可达域时空棱镜和危险逃逸时 空棱镜两者所表示时空区域范围的差集 来评估预测目标对象任务活动可到 达时空范围。 2.根据权利要求1所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 所述时空综合环 境影响模型采用在时空坐标系中记录综合环境随空间位置及时间连续 变化的函数模型， 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， 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所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征 在于， 在随时间连续变化环境中， 假设每个可能在越野途中经过的空间点均由一个最早到 达时间和 最晚停留时间构成该途径点在时空坐标系中的最早到达时空点和 最晚停留时空 点； 所有可能途径点的最早到达时空点和最晚停留时空点分别构成连续的用于描述未来和 过去时空面的下和上棱锥形时空表面； 将起始时空点作为下锚点、 到达时空点作为上锚点， 以下和上棱锥形两个时空表面作为边界面， 两边界面之 间的时空区域作为所求解的用于表 示能够按时完成任务的越 野者可能出现的时空范围的可到 达时空棱镜区域。 4.根据权利要求3所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 针对可达区域的预测评估， 将起始时空点作为下锚点、 到达时空点作为上锚点， 以起始 时空点开始， 计算任务执行时可能经过 的每一个空间点的最早到达时间， 利用这些最早到 达时间相 应的时空点来形成可达域时空棱镜的下棱锥边界面； 以到达时空点开始， 反向计 算在能够准时到达终点的前提下， 任务执行时可能经过的每一个空间点能够停留的最晚时 间， 利用这些最晚时间相应的时空点形成可达域时空棱镜的上棱锥边界面； 针对获取的上、 下棱锥边界面， 通过交集 运算来获取通过 可达域时空棱镜表示的目标时空范围。 5.根据权利要求3所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 危险逃逸时空棱镜按照时间及影响时空范围划分为用于描述危险事件发生时空范围的 发生区、 用于描述因活动能力受限不可能逃离危险事件波及时空范围的波及区,及用于描 述因活动能力受 限如果没有经历危险事件不可能到达时空范围的真空区， 其中， 波及区的 下时空边界、 发生区的除上下边界以外的时空边界及真空 区上时空边界三者一起分割出一 个闭合时空 区域， 利用该闭合时空 区域作为用于表示完成任务必须躲避或因危险事件无法 到达的时空 区域范围的危险逃逸时空棱镜， 危险逃逸时空棱镜下锚点是危险事件开始时刻 的时空边 缘， 上锚点是危险事 件结束时刻的时空边 缘。 6.根据权利要求5所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 危险逃逸时空棱镜求解中， 上下边界面均位于危险事件发生的空间范围内， 其中， 下时 空边界面求解时， 从危险事件发生的时刻开始， 以环境允许的最大速度和最优路径并以危权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114254810 A 2险事件的空间边缘为目的地， 向过去反向推算危险事件范围内所有空间点能够脱离危险的 最晚出发时间， 对应的时空点即构成连续的棱锥形时空表面， 该棱锥形时空表面即为用于 表示越野者所处时空低于该时空面时能够逃离即将发生的危险事件的危险逃逸时空棱镜 的下时空边缘； 上时空边界面求解时， 从危险事件 结束的时刻开始， 以环境 允许的最大速度 和最优路径并从危险事件的空间边缘向内行驶， 向未来正向推算危险事件 范围内所有空间 点在危险事件结束后能够到达的最早时间， 对应的时空点即构成连续的棱锥形时空表面， 该连续的棱锥形时空表面即为用于表示当前越野者如果没有受到过危险事件影响必然不 可能出现在该时空面之下的危险逃逸时空棱镜的上时空边 缘。 7.根据权利要求3所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 模型格栅化处理中， 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； 获取描述未 来或过去时空面时， 通过在栅格化后的时空体素环境中， 从相应锚点开始， 求解每个空间栅 格中心位置因环境或危险事件最早可能到达时空点来近似表达未来时空面； 从相应锚点开 始， 求解每个空间栅格中心 位置因环境或危险事件最晚可能停留时空点来近似表达过去时 空面。 8.根据权利要求3所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 在时空体素中向未来或过去推算时空边界面时， 建立开放列表和已定列表， 将点状锚 点， 散列多点状锚点， 线状锚点， 以及面状锚点边线附近位于空间栅格中心的时空点直接加 入已定列 表， 将位于面状锚点内部位于空间栅格中心且时间在面状锚点附近的时空点也加 入已定列表， 对现有已定列表四周临近的空间栅格中心点进行最短时间代价评估， 将评估 后形成的时空点添加至开放列表； 从开放列表中查找时间最早的时空点加入已定列表， 采 用路径搜索算法依据此点向空间临近的八个方向搜索， 更新开放列 表中临近时空点的最早 到达时间， 或评估未评估的空间栅格中心并加入开放列表， 再次查找开放列表中时间最短 的时空点加入已定列表， 依此循环， 直至计算出每个空间栅格中心的最早可能到达的时间； 计算空间栅格中心 位置的最晚停留时空点时， 从开放列 表中具备最晚停留时间的时空点开 始， 反向搜索每 个空间栅格中心的最晚出发时间。 9.根据权利要求1或8所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征 在于， 时空棱锥求解中， 将相邻空间栅格中心之间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。 10.根据权利要求1所述的基于时空棱镜的任务活动可到达时空域评估方法， 其特征在 于， 目标对象任务活动可到达时空范围通过任务可到达时空棱镜内但同时又在危险逃逸时 空棱镜之外的时空范围来预测能够安全完成任务且可以逃避极端危险事件的可行时空区 域。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114254810 A 3