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# coding=utf-8
from collections import namedtuple
from math import sin, cos, pi, atan, sqrt
from implementation import *
import random
import time
global DEBUGPrint
DEBUGPrint = False
class StaticUSV(object):
"""一个静态的USV类,move方法将会留空,这表示此类USV不可行动"""
def __init__(self, uid, x, y, env):
'''每艘USV的独立id,可以用来区分各舰'''
self.id = uid
'''env是指当前USV所在的环境,它指向当前游戏中这艘USV所在的Map类实例'''
self.env = env
self.x, self.y = x, y
self.speed = 0.0
self.angular_speed = 0.0
self.direction = 0.0
self.is_enemy = False
def decision_algorithm(self):
'''decision_algroithm是指导USV运动的方法,返回一个自定义的action字典'''
pass
def move(self):
'''USV运动的主方法,根据action来调用其它辅助函数完成下一时刻USV位置的计算'''
pass
def is_decision_legal(self, decisionX, decisionY):
'''判断USV决定要去的位置是否合法;在这个基本的函数里,所有舰艇不得走出地图范围,不得走到
其它舰艇已经占用的位置;友军舰艇不得走到被保护的目标点.'''
width, height = self.env.width, self.env.height
if(decisionX < 0 or decisionY < 0 or decisionX > width - 1 or decisionY > height - 1):
return False
occupied = False
for ship in self.env.ships:
if(ship.id == self.id):
continue
shipX, shipY = ship.coordinate()
if(shipX == decisionX and shipY == decisionY):
occupied = True
if(not self.is_enemy):
tX, tY = self.env.target_coordinate()
if(tX == decisionX and tY == decisionY):
occupied = True
if(occupied):
return False
return True
def turn(self, clockwise):
'''这一函数描绘本艘USV在一单位时间内如何改变自身方向,因此其作用是在顺时针或逆时针方向上
增加当前USV角速度的绝对值(角度变化=角速度*1时间单位=角速度的绝对值)'''
if(clockwise):
self.direction += self.angular_speed
if(self.direction >= 360):
self.direction -= 360
else:
self.direction -= self.angular_speed
if(self.direction < 0):
self.direction += 360
def coordinate(self):
'''返回本USV的位置'''
return self.x, self.y
def set_as_enemy(self):
'''将本USV定义为敌方(进攻方)'''
self.is_enemy = True
def set_as_friendly(self):
'''将本USV定义为友军(防守方)'''
self.is_enemy = False
class BasicPlaneUSV(StaticUSV):
"""基本平面USV, 这个USV可以在瞬间改变自己的角速度和速度, 转动后在对应方向上走动一帧时间*速度的距离"""
def __init__(self, uid, x, y, env):
super(BasicPlaneUSV, self).__init__(uid, x, y, env)
self.action_class = Action = namedtuple("action", ['stay', 'clockwise', 'angular_speed', 'speed'])
def decision_algorithm(self):
'''这种USV的action对象有四个属性:1.stay,如果设为True,代表USV决定不行动,后面的参数被忽略;
2.clockwise,转动方向是否是顺时针;3.angular_speed角速度;4.speed速度.
如果stay参数为False,USV将会根据clockwise的指示转动angular_speed*t(一帧时间)度,然后前进当前的速度*t的距离'''
Action = self.action_class
example_action = Action(False, False, 20.0, 10.0)
example_action1 = Action(True, False, 0.0, 0.0)
raise Exception("请覆盖decision_algorithm方法!")
def move(self):
action = self.decision_algorithm()
if(not action.stay):
self.update_direction(action)
self.update_speed(action)
self.update_coordinate()
def update_direction(self, action):
self.angular_speed = action.angular_speed
self.turn(action.clockwise)
def update_speed(self, action):
self.speed = action.speed
def update_coordinate(self): #x轴负方向是0度，y正方向是90度，所以如下计算
self.x -= cos(pi * self.direction / 180) * self.speed
self.y += sin(pi * self.direction / 180) * self.speed
class OneStepUSV(BasicPlaneUSV):
"""一个简单的USV类,在网格上它一次只能走动一步.每一时间单位,这种USV能够瞬时的改变自己的角速度,然后转动,最后向
转动后的方向上移动一格."""
def __init__(self, uid, x, y, env):
super(OneStepUSV, self).__init__(uid, x, y, env)
self.action_class = namedtuple("action", ['stay', 'clockwise', 'angular_speed'])
self.speed = 1
def decision_algorithm(self):
'''这种USV的action字典有三个参数:1.stay,如果设为True,代表USV决定不行动,后面的参数被忽略;
2.clockwise,转动方向是否是顺时针;3.angular_speed角速度.
如果stay参数为False,USV将会根据clockwise的指示转动angular_speed度,然后前进一步.注意由于
此模型下angular_speed只能为90的倍数'''
Action = self.action_class
example_action = Action(False, False, 20.0)
example_action1 = Action(True, False, 0.0)
raise Exception("请覆盖decision_algorithm方法!")
def move(self):
action = self.decision_algorithm()
'''print('USV中的action',action)'''
if(not action.stay):
self.update_direction(action)
self.update_coordinate()
def moverandom(self):
Action = self.action_class
action = Action(False, False, 90.0 * random.randint(0, 3))
self.update_direction(action)
self.update_coordinate_enemyship()
def update_coordinate_enemyship(self):
originalx, originaly = self.x, self.y
beforetemp = self.env.env_matrix()
if (self.direction == 0.0): # 向上移动一格，将direct置为0度
self.x -= self.speed
elif (self.direction == 90.0): # 向右移动一格，将direct置为90度
self.y += self.speed
elif (self.direction == 180.0): # 向下移动一格，将direct置为180度
self.x += self.speed
elif (self.direction == 270.0): # 向左移动一格，将direct置为270度
self.y -= self.speed
#越界处理
if self.x <0 or self.x >self.env.width-1 or self.y <0 or self.y >self.env.height-1:
if self.x <0: self.x = 0
if self.x >self.env.width-1: self.x = self.env.width-1
if self.y <0 : self.y = 0
if self.y >self.env.height-1: self.y = self.env.height-1
# 判断更新后的位置是否合法(是否越界或是该位置有值)
if beforetemp[self.x][self.y] != 0:
self.x, self.y = originalx, originaly
def update_coordinate(self): #左上角是（0，0）
#print('USV中位置更新之前：',self.x,self.y)
#print(self.direction)
if(self.direction == 0.0): #向上移动一格，将direct置为0度
self.x -= self.speed
elif(self.direction == 90.0): #向右移动一格，将direct置为90度
self.y += self.speed
elif(self.direction == 180.0): #向下移动一格，将direct置为180度
self.x += self.speed
elif(self.direction == 270.0): #向左移动一格，将direct置为270度
self.y -= self.speed
else:
raise Exception(
"OneStepUSV的direction属性应该是正交角度,然而,得到了 %f 度" % self.direction)
class MyUSV(OneStepUSV):
'''一个策略简单的USV,派生自OneStepUSV'''
def __init__(self, uid, x, y, env):
super(MyUSV, self).__init__(uid, x, y, env)
def finda(self):
findamap = self.env.str2() #A*方法的输入地图
#findamap 与 diagram的图是镜像对称的，x与y是相反的
diagram = GridWithWeights(len(findamap[0]),len(findamap))
obstacles = []
for kk in range(len(findamap)):
for hh in range(len(findamap[kk])):
if findamap[kk][hh] == 'S':
startpoint = (hh,kk)
if findamap[kk][hh] == 'E':
endpoint = (hh,kk)
if findamap[kk][hh] == '#':
obstacles.append((hh,kk))
diagram.walls = obstacles
#print('draw_grid')
#draw_grid(diagram, weights=2,start=startpoint, goal=endpoint)
came_from, cost_so_far = a_star_search(diagram, start = startpoint, goal = endpoint)
#draw_grid(diagram, width=1, path=reconstruct_path(came_from, start=startpoint, goal=endpoint))
pathtm = reconstruct_path(came_from, start=startpoint, goal=endpoint)
'''print(pathtm)'''
firstnode = (pathtm[0][1],pathtm[0][0])
secondnode = (pathtm[1][1],pathtm[1][0])
# 这里的地图形式是：左上角是（0，0），右下角是（n,n）,,所以下面上下左右如下描述：：
if secondnode[1] - firstnode[1] == 0 and secondnode[0] - firstnode[0] == -1:
string = 'up'
elif secondnode[1] - firstnode[1] == -1 and secondnode[0] - firstnode[0] == 0:
string = 'left'
elif secondnode[1] - firstnode[1] == 0 and secondnode[0] - firstnode[0] == 1:
string = 'down'
else:
string = 'right'
'''print('action是上下左右中的',string)'''
#print('USV当前位置：',self.x,self.y)
if (string =='left'):
direct = 270.0
elif(string =='down'):
direct = 180.0
elif(string =='right'):
direct = 90.0
else:
direct = 0.0
Action = self.action_class
# 这里要根据A*算法进行修改，只获取走一步，
next_action = Action(False, True, direct)
# print('使用A*算法的下一步：',next_action)
return next_action
def decision_algorithm(self):
act = self.finda()
return act
def update_direction(self, action):
self.direction = action.angular_speed
def recordenv(self):
curenv = self.env.env_matrix()
return curenv
def recordaction(self):
curaction = self.decision_algorithm()
return curaction
class MyContinueUSV(BasicPlaneUSV):
'''一个策略简单的USV,派生自BasicObsUSV,用于连续环境下USV，
认为USV可瞬间达到下一次角速度且按照speed走一帧时间的距离
'''
def __init__(self, uid, x, y, env):
super(MyContinueUSV, self).__init__(uid, x, y, env)
self.action_class = Action = namedtuple("action", ['stay', 'clockwise', 'angular_speed', 'speed'])
self.speed = 1
self.radius = 1
def getuid(self):
return self.id
def update_coordinate(self): #x轴负方向是0度，y正方向是90度，(按照左上角是0，0更新坐标),所以如下计算
self.y -= cos(pi * self.direction / 180) * self.speed
self.x -= sin(pi * self.direction / 180) * self.speed
def decision_algorithm(self):
'''这种USV的action对象有四个属性:
1.stay,如果设为True,代表USV决定不行动,后面的参数被忽略;
2.clockwise,转动方向是否是顺时针;
3.angular_speed角速度;
4.speed速度.
如果stay参数为False,USV将会根据clockwise的指示转动angular_speed*t(一帧时间)度,然后前进当前的速度*t的距离'''
#Action = self.action_class
#act = Action(False, False, 2.0, 1.0)
#act = self.pathGuide()
act = self.pathGuide2()
return act
#起点朝向终点进行导引-方法1
def pathGuide(self):
#difference_angular = self.next_angular_guide2() - self.direction
difference_angular = self.next_angular_guide3((self.x, self.y), self.env.target_coordinate()) - self.direction
#print('当前direction,当前difference_angular：',self.direction,difference_angular)
Action = self.action_class
act = Action(False, True, difference_angular, self.speed)
return act
def next_angular_guide(self):
target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
#print('USV&终点', self.x, self.y, target_x, target_y)
# USV与终点在同一垂直线上：(USV最左侧值与终点最左侧值的差值是否在USV的2倍半径范围内)
if abs(round(self.y, 0) - round(target_y, 0)) <= self.radius * 2:
if self.x < target_x:
angle = 270
#print('斜率对应的角度angle-整数1:',angle)
return angle
else:
angle = 90
#print('斜率对应的角度angle-整数2:', angle)
return angle
# USV与终点在同一垂直线上：
if abs(round(self.x, 0) - round(target_x, 0)) <= self.radius * 2:
if self.y < target_y:
angle = 180
#print('斜率对应的角度angle-整数3:', angle)
return angle
else:
angle = 0
#print('斜率对应的角度angle-整数4:', angle)
return angle
# 斜率可计算(这里要适应左上角是(0,0)的状况，和传统左下角是(0,0)有差异)
slope = (self.x - target_x) / (target_y - self.y)
# 斜率转换为弧度
arc = atan(slope) / pi * 180
# 终点在起点的左区域
if target_y < self.y:
# 左上角区域
if target_x < self.x:
angle = - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle-小数1:', angle)
return angle
# 左下角区域
else:
angle = 360 - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle-小数2:', angle)
return angle
# 终点在起点的右区域
else:
angle = 180 - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle-小数3:', angle)
return angle
def next_angular_guide2(self):
target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
#print('USV&终点',self.x,self.y,target_x, target_y)
#USV与终点在同一垂直线上：
if round(self.y, 0) - round(target_y, 0) == 0:
if self.x < target_x:
angle = 270
#print('斜率对应的角度angle-整数1:',angle)
return angle
else:
angle = 90
#print('斜率对应的角度angle-整数2:', angle)
return angle
# USV与终点在同一垂直线上：
if round(self.x, 0) - round(target_x, 0) == 0:
if self.y < target_y:
angle = 180
#print('斜率对应的角度angle-整数3:', angle)
return angle
else:
angle = 0
#print('斜率对应的角度angle-整数4:', angle)
return angle
# 假设斜率都存在（因为USV和终点都是浮点数，不可能完全相等，存在误差）
# 斜率可计算(这里要适应左上角是(0,0)的状况，和传统左下角是(0,0)有差异)
slope = (self.x - target_x) / (target_y - self.y)
# 斜率转换为弧度
arc = atan(slope) / pi * 180
#print('arc:', arc)
# 终点在起点的左区域
if target_y < self.y:
# 左上角区域
if target_x < self.x:
angle = - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle1-小数:', angle)
return angle
# 左下角区域
else:
angle = 360 - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle2-小数:', angle)
return angle
# 终点在起点的右区域
else:
angle = 180 - round(arc, 0)
#print('斜率对应的角度angle3-小数:', angle)
return angle
#含有输入参数startPoint[0]\ startPoint[1]表示：startPoint.x,startPoint.y(按照next_angular_guide2修改)
def next_angular_guide3(self, startPoint, endPoint):
#target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
# print('USV&终点',self.x,self.y,target_x, target_y)
# USV与终点在同一垂直线上：
if round(startPoint[1], 0) - round(endPoint[1], 0) == 0:
if startPoint[0] < endPoint[0]:
angle = 270
# print('斜率对应的角度angle-整数1:',angle)
return angle
else:
angle = 90
# print('斜率对应的角度angle-整数2:', angle)
return angle
# USV与终点在同一垂直线上：
if round(startPoint[0], 0) - round(endPoint[0], 0) == 0:
if startPoint[1] < endPoint[1]:
angle = 180
# print('斜率对应的角度angle-整数3:', angle)
return angle
else:
angle = 0
# print('斜率对应的角度angle-整数4:', angle)
return angle
# 假设斜率都存在（因为USV和终点都是浮点数，不可能完全相等，存在误差）
# 斜率可计算(这里要适应左上角是(0,0)的状况，和传统左下角是(0,0)有差异)
slope = (startPoint[0] - endPoint[0]) / (endPoint[1] - startPoint[1])
# 斜率转换为弧度
arc = atan(slope) / pi * 180
# print('arc:', arc)
# 终点在起点的左区域
if endPoint[1] < startPoint[1]:
# 左上角区域
if endPoint[0] < startPoint[0]:
angle = - round(arc, 0)
# print('斜率对应的角度angle1-小数:', angle)
return angle
# 左下角区域
else:
angle = 360 - round(arc, 0)
# print('斜率对应的角度angle2-小数:', angle)
return angle
# 终点在起点的右区域
else:
angle = 180 - round(arc, 0)
# print('斜率对应的角度angle3-小数:', angle)
return angle
#起点与终点间添加一系列不与障碍物相交的中间点-方法2
def pathGuide2(self):
res = self.pathGuide_explore()
difference_angular = self.next_angular_guide3(res[0], res[1]) - self.direction
#print('当前direction,当前difference_angular：',self.direction,difference_angular)
Action = self.action_class
act = Action(False, True, difference_angular, self.speed)
return act
#迭代初始赋值
def pathGuide_explore(self):
target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
toUseList = [(target_x, target_y),(self.x, self.y)]
pathList =[]
pathListRes = self.iter_explore(toUseList, pathList)
pathListRes.append((target_x, target_y))
return pathListRes
#迭代
def iter_explore(self, toUseList, pathList):
while len(toUseList)>=2:
#判断toUseList最后两点是否与障碍物相交
if ( self.pointToLine_Length(toUseList) ):
#不相交，pop和insert
pathList.append(toUseList.pop())
else:
#相交，找随机点
randx = round(random.uniform(0 + self.radius, self.env.width),4)
randy = round(random.uniform(0 + self.radius, self.env.height),4)
toUseList.insert(len(toUseList)-1, (randx, randy))
pathList = self.iter_explore(toUseList, pathList)
return pathList
#直线(a,b) point(x3);;a,b,x3是三点：构建Ax+By+c=0 但是没有考虑到障碍物与线段的垂线交点在线段延长线上
def pointToLine_Length2(self, toUseList):
a = toUseList[-1]
b = toUseList[-2]
# A = b.y - a.y
# B = a.x - b.x
# C = b.x * a.y - a.x * b.y
A = b[1] - a[1]
B = a[0] - b[0]
C = b[0] * a[1] - a[0] * b[1]
for obs in self.env.obs:
d = abs((A * obs.x + B * obs.y + C) / sqrt(A * A + B * B))
if ( d - obs.radius <= 0.05):
return False
#与障碍物相交
#与障碍物不相交
return True
#充分考虑了：障碍物与线段的距离（而不是障碍物与直线的距离，两者区别很大）
#https://www.cnblogs.com/lyggqm/p/4651979.html
def pointToLine_Length(self, toUseList):
A = toUseList[-1]
B = toUseList[-2]
AB = (B[0] - A[0], B[1] - A[1])
ABdic = sqrt(AB[0] * AB[0] + AB[1] * AB[1])
for obs in self.env.obs:
P = (obs.x, obs.y)
AP = (P[0] - A[0], P[1] - A[1])
dot = (AP[0] * AB[0] + AP[1] * AB[1]) / (ABdic * ABdic)
AC = (AB[0] * dot, AB[1] * dot)
C = (AC[0] + A[0], AC[1] + A[1])
if (dot > 1):
BP = (P[0] - B[0], P[1] - B[1])
leng = sqrt(BP[0] * BP[0] + BP[1] * BP[1])
elif dot < 0:
AP = (P[0] - A[0], P[1] - A[1])
leng = sqrt(AP[0] * AP[0] + AP[1] * AP[1])
else:
PC = (C[0] - P[0], C[1] - P[1])
leng = sqrt(PC[0] * PC[0] + PC[1] * PC[1])
if (leng - obs.radius <= 0.05):
return False
# 与障碍物相交
# 与障碍物不相交
return True
# 测试DDPG网络的有效性：调3*3地图上，固定angular_speed和固定speed值
# 对应continue_obsmap_test_smallmap
# CoutinuePyGame CoutinueNoPyGame MyContinueUSV_SmallMap
class MyContinueUSV_SmallMap(BasicPlaneUSV):
'''一个策略简单的USV,派生自BasicObsUSV,用于连续环境下USV，
认为USV可瞬间达到下一次角速度且按照speed走一帧时间的距离
'''
def __init__(self, uid, x, y, env):
super(MyContinueUSV_SmallMap, self).__init__(uid, x, y, env)
self.action_class = Action = namedtuple("action", ['stay', 'clockwise', 'angular_speed', 'speed'])
self.speed = 1
self.radius = 1
self.angular_speed_max = 6
self.speed_max = 0.3
def getuid(self):
return self.id
# 便于RL学习时获取相关信息
# a.计算当前船与目标点的距离
def getDistanceUSVTarget(self):
target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
Dis = sqrt((self.x - target_x) * (self.x - target_x) + (self.y - target_y) * (self.y - target_y))
Dis = float("%.4f" % Dis)
return Dis
# b.当前船的位置
def getCurrentUSVPos(self):
return float("%.4f" % self.x), float("%.4f" % self.y)
# c.当前船的角加速度&速度
def getCurrentUSVAngularAndSpeed(self):
return self.angular_speed, self.speed
def set_usv_radius(self, radiusValue):
self.radius = radiusValue
def set_usv_speed(self, speedValue):
self.speed = speedValue
def update_coordinate(self): # x轴负方向是0度，y正方向是90度，(按照左上角是0，0更新坐标),所以如下计算
# self.y -= cos(pi * self.direction / 180) * self.speed
# self.x -= sin(pi * self.direction / 180) * self.speed
self.y += cos(pi * self.direction / 180) * self.speed
self.x -= sin(pi * self.direction / 180) * self.speed
self.y = float("%.4f" % self.y)
self.x = float("%.4f" % self.x)
def decision_algorithm(self):
'''这种USV的action对象有四个属性:
1.stay,如果设为True,代表USV决定不行动,后面的参数被忽略;
2.clockwise,转动方向是否是顺时针;
3.angular_speed角速度;
4.speed速度.
如果stay参数为False,USV将会根据clockwise的指示转动angular_speed*t(一帧时间)度,然后前进当前的速度*t的距离'''
# Action = self.action_class
# act = Action(False, False, 2.0, 1.0)
# 归一化后的
# decision_angular_speed, decision_speed = 2.9 / 5, - 0.1 / 0.3
decision_angular_speed, decision_speed = 5.8/6, 0.22 / 0.3
# 14步数：5.8/6, 0.22 / 0.3 #注意这里，要修改最大值限定：self.angular_speed_max = 6
# 17步数：4.85 / 5, 0.18 / 0.3
# 29步数：2.9 / 5, 0.1 / 0.3
angular_speed_value = decision_angular_speed * self.angular_speed_max
speed_value = decision_speed * self.speed_max
Action = self.action_class
# act = Action(False, False, angular_speed_value, speed_value)
act = Action(False, True, angular_speed_value, speed_value)
# act = self.pathGuide()
# act = self.pathGuide2()
return act
#第三次尝试：加入非线性阻尼部分，USV动力学文档上的参数
#(该部分目前的状况是：可少数点导引到终点，但是整个过程空间太复杂，RL难学习)
class MyContinueDynamicsUSV3(BasicPlaneUSV):
'''一个策略简单的USV,派生自BasicObsUSV,用于连续环境下USV，
认为USV可瞬间达到下一次角速度且按照speed走一帧时间的距离
'''
def __init__(self, uid, x, y, env, envDisturb, FTListValue):
super(MyContinueDynamicsUSV3, self).__init__(uid, x, y, env)
self.action_class = Action = namedtuple("action", ['F', 'T'])
self.radius = 1
self.x, self.y = x, y
self.heading = 0.0
self.u = 0.0#-10.0
self.v = 0.0
self.r = 0.0
#相关参数：m = 3980; X_u = -50; X_uu = -135; Y_v = -200; Y_vv = -2000; N_r = -3224; I = 19703; N_rrr = -3224
# 地球惯性系中x,y方向上的加速度（正负含方向值),根据动力学更新x和y可知：其适应左上角(0,0)的地图
# 所以：x向下是正方向，y向右是正方向
self.ax = 0.0
self.ay = 0.0
self.xyhList = [(self.x, self.y, self.heading)]
self.uvrList = [(self.u, self.v, self.r)]
self.expectStepLen = 2
self.F_max = 13100
self.T_max = 258000
self.FTList = []
self.FTLen = 0
self.envDisturb = envDisturb # 默认True,包含环境（风浪涌流干扰）
# 前段传入的参数，用于可视化观察
self.FTListValue = FTListValue
# 规划路径（该随机导引路径只产生一次）,否则会造成过程中路径不断变化，影响角度的无效变化
# （路径的随机，造成角度一会大，一会小，造成多次迭代的失效）所以这里对随机导引路径只产生一次
self.pathguideList = []
# self.tUpdateCount记录按照更新位置的次数， self.RecordList记录：self.tUpdateCount%20==0 时的决策
self.tUpdateCount = 0
self.RecordList = []
#记录USV初始位置
self.startx = 0.0
self.starty = 0.0
def set_init_usv_pos(self, posx, posy):
self.startx = posx
self.starty = posy
def get_init_usv_pos(self):
return self.startx, self.starty
def set_init_xyh(self,x, y, heading):
self.x = x
self.y = y
self.heading = heading
def set_init_uvr(self,u, v, r):
self.u = u
self.v = v
self.r = r
def getuid(self):
return self.id
#查看目前进行了多少次决策
def getFTCurrentLen(self):
return self.FTLen
# 计算当前船与目标点的距离
def getDistanceUSVTarget(self):
target_x, target_y = self.env.target_coordinate()
Dis = sqrt((self.x - target_x) * (self.x - target_x) + (self.y - target_y) * (self.y - target_y))
Dis = float("%.4f" % Dis)
return Dis
def decision_algorithm(self):
'''这种USV的action对象有两个属性:
1.F：表示前进驱动力
2.T：表示转向'''
Action = self.action_class
#F= -13000;T= 2500
F, T = self.pathGuide33()
#F驱动力，T转向的范围限定
# if F < -6550: F = -6550
# if F > 13100: F = 13100
# if T < -2580: T = -2580
# if T > 2580: T = 2580
act = Action(F, T)#Action(30.0, 15.0)
return act
def update_xyduvr(self, F, T, t):
'''输入变量：驱动力F,转向T,更新时间t;;;根据动力学方程计算uvr的加速度'''
#这里可加一步判断F，T的范围**()
# step1:根据F,T计算uvr的加速度
if self.envDisturb == False: #无环境干扰（无风浪涌流）
au = self.v * self.r + (-50 / 3980) * self.u + (-135 / 3980) * self.u * abs(self.u) + (1/3980) * F
av = - self.u * self.r + (-200/3980) * self.v + (-2000/3980) * self.v * abs(self.v)
ar = (-3224/19703) * self.r + (-3224/19703) * self.r * self.r * self.r + (1/19703) * T
else: #环境干扰（风浪涌流）
timeexample = time.time()
disturbU = 0.08 * (sin(0.2 * timeexample)) + cos(0.2 * timeexample + pi / 4) + sin(0.2 * timeexample + pi / 6)
disturbV = disturbU
disturbR = 0.1 * (sin(0.2 * timeexample)) + cos(0.2 * timeexample + pi / 4) + sin(0.2 * timeexample + pi / 6)
if disturbU < -0.1:disturbU = -0.1
if disturbU > 0.1: disturbU = 0.1
if disturbV < -0.1:disturbV = -0.1
if disturbV > 0.1: disturbV = 0.1
if disturbR < -0.1:disturbR = -0.1
if disturbR > 0.1: disturbR = 0.1
au = self.v * self.r + (-50 / 3980) * self.u + (-135 / 3980) * self.u * abs(self.u) + (1/3980) * (F + disturbU)
av = - self.u * self.r + (-200/3980) * self.v + (-2000/3980) * self.v * abs(self.v) + (1/3980) * (disturbV)
ar = (-3224/19703) * self.r + (-3224/19703) * self.r * self.r * self.r + (1/19703) * (T + disturbR)
# step2:根据时间t,计算更新后的uvr
self.u += au * t
self.v += av * t
self.r += ar * t
self.uvrList.append((self.u, self.v, self.r))
# step3:uvr转换为x y heading #这里注意：self.heading*pi/180
ax = self.u * cos(self.heading*pi/180) - self.v * sin(self.heading*pi/180)
ay = self.u * sin(self.heading*pi/180) + self.v * cos(self.heading*pi/180)
self.ax = float("%.4f" % ax)
self.ay = float("%.4f" % ay)
aheading = self.r
tempx = self.y
tempy = self.env.width - 1 - self.x
tempx = tempx + float("%.4f" % (ax * t))
tempy = tempy + float("%.4f" % (ay * t))
self.x = self.env.width - 1 - tempy
self.y = tempx
# step4:根据时间t,计算更新后的x y heading
# self.x += float(ax * t)
# self.y += float(ay * t)
self.heading += aheading * t
self.heading = self.heading % 360 #380%360=20 (-50)%360=310
self.xyhList.append((self.x, self.y, self.heading))
#print('ax,ay,aheading:', list(map(float,[ax,ay,aheading])))
def move(self):
# 每1/20 * 5次 帧决策一次
if len(self.FTListValue)==0:
if self.tUpdateCount == 0 or self.tUpdateCount % 5 == 0:
action = self.decision_algorithm()
F, T = action.F, action.T
self.RecordList.append((F, T))
else:
F = self.RecordList[-1][0]
T = self.RecordList[-1][1]
# 每1/20帧决策一次
# if len(self.FTListValue) == 0:
# action = self.decision_algorithm()
# F, T = action.F, action.T
else:
F, T = self.FTListValue[self.FTLen][0], self.FTListValue[self.FTLen][1]
if (self.tUpdateCount + 1) % 5 == 0:
self.FTLen = self.FTLen + 1
F *= self.F_max
T *= self.T_max
target_x,target_y = self.env.target_coordinate()
#当前位置距离终点的距离
dis = sqrt( (self.x - target_x)*(self.x - target_x) + (self.y - target_y)*(self.y - target_y))
if DEBUGPrint == True:
print('update_before:',int(self.x), int(self.y), int(self.heading))
#如果当前位置距离终点在10范围内，大步伐更新；否则小步伐更新
if dis > 20:
self.update_xyduvr(F, T, 1/20)
self.tUpdateCount = self.tUpdateCount + 1
else:
self.update_xyduvr(F, T, 1/20)
self.tUpdateCount = self.tUpdateCount + 1
if DEBUGPrint == True:
print('update_after:', int(self.x), int(self.y), int(self.heading))
#修改引导算法：：
def pathGuide33(self):
if len(self.pathguideList) == 0:
self.pathguideList = self.pathGuide_explore()
del self.pathguideList[0]
if DEBUGPrint == True:
print('计算出的路径', self.pathguideList)
if len(self.pathguideList) > 1:
disCharge = sqrt ((self.x - self.pathguideList[0][0])*(self.x - self.pathguideList[0][0]) + (self.y - self.pathguideList[0][1])*(self.y - self.pathguideList[0][1]))
if disCharge <= 10:
del self.pathguideList[0]
# 下一时刻期望的位置(x_res, y_res, heading_res)
heading_res = self.next_angular_guide4((self.x, self.y), self.pathguideList[0])
x_res = self.pathguideList[0][0]
y_res = self.pathguideList[0][1]
if DEBUGPrint == True:
print('路径导引下一坐标',float('%.4f' %x_res),float('%.4f'%y_res))
print('期望角度', heading_res)
print('当前的角度',self.heading)
#位置限定不出界
if x_res < self.radius:
x_res = self.radius
if x_res > self.env.width -1 - self.radius:
x_res = self.env.width -1 -self.radius
if y_res < self.radius:
y_res = self.radius
if y_res > self.env.height -1 -self.radius:
y_res = self.env.height -1 -self.radius
#第一种测试F，T方法
F = 13100
T = -2580*1000
# delta_heading = self.heading - heading_res
# if delta_heading < -180:
# delta_heading += 360
# if delta_heading >180:
# delta_heading -= 360
# T = delta_heading * T / 180
# 第三种测试F，T方法 u_res=x_dot*cos(heading) + y_dot*sin(heading)
# 根据期望位置求解，先将左上角00的期望位置转化为左下角00的位置
# x_trans_res = y_res
# y_trans_res = self.env.width - 1 - x_res
# u_res = (x_trans_res - self.x)/(1/20) * cos(heading_res * pi /180) + (y_trans_res - self.y)/(1/20) * sin(heading_res * pi /180)
# u_res = float("%.4f" % u_res)
# # 第二种测试F，T方法
# #求期望位置与当前位置的斜率
# # 斜率可计算(这里要适应左上角是(0,0)的状况 和 传统左下角是(0,0)有差异)
# #slope = (startPoint[0] - endPoint[0]) / (endPoint[1] - startPoint[1])
# if (y_res - self.y) != 0 :
# u_res = (self.x - x_res) / (y_res - self.y)
# else: