[發明專利]基于不規則海島的無人機覆蓋航跡規劃方法

無效

• 申請號: 201210519365.6
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN102980581A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 于方杰;馬純永;田豐林;韓勇;陳戈;吳合義;王政;楊樂
• 申請（專利權）人: 北京中海新圖科技有限公司;青島經緯藍圖信息技術有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種無人機航拍領域的航跡規劃技術，尤其涉及到一種基于不規則海島的無人機覆蓋航跡規劃方法。

背景技術

由于無人機的便攜帶、低成本、低損耗、可重復利用、風險小以及應用領域廣等優勢使得無人機應用在近些年得到了廣泛的發展。此后，無人機通過和遙感技術的融合，使無人機更加自動化和智能化且由于無人機的特點使得無人機遙感具有了高時效、高分辨率等特點，使其應用領域進一步擴大，覆蓋了軍用民用的多個方面，如軍用偵查檢測、早期預警和民用的資源勘測、環境監測、氣象觀察和處理突發事件尤其是地質性災害等。如在08年汶川地震中就已經實現了無人機對災區情況的實時航拍為國家的相關救援工作提供了巨大幫助。但是由于無人機的載荷、動力的限制和外在環境的影響，使得人們開始探索無人機在航跡規劃方面的相關技術，用以縮短航程確保任務的完整執行并且安全返回基地。

近些年國內外眾多相關學者提出了諸多無人機航跡規劃算法。具體可以分為兩大類，一類是傳統的經典算法：數學歸納法、動態歸納法、最優控制法。但是傳統的航跡規劃算法存在著共同的問題：容易陷入局部最優解、計算量大、規劃時間長等，這和無人機的快速機動性相悖。另一類算法也是目前無人機航跡規劃中常用的算法主要包括：A-star算法、遺傳算法、人工神經網絡算法、蟻群算法等。其優點是靈活性強，可應變突發威脅情況，現在的很多研究更是基于這些算法進行的改進型和混合型，但這些算法均存在著規劃時間長或者計算量大等不同缺陷。

而且在實際應用中，尤其是在航拍獲取目的區域相關圖片數據時，這些方法都展現了不同的局限性。因為在實際無人機飛行航拍中，應該保持無人機按照規劃的航線進行飛行拍攝確保全區域有序覆蓋，并且要保持無人機飛行高度不變以使航拍獲得的照片具有相同的屬性，這樣才可以進行后期有效的圖像拼接，而且相較于其他應用方面，在民用方面突發威脅并不常見，并不需要考慮威脅區等情況，所以在實際無人機飛行中就需要實際的航線規劃方法，就要做到在無人機飛行之前對航拍區域進行系統的考察。

中國具有綿延1.8萬公里的海岸線，相關的海上事務，海島監測以及沿海岸環境狀況監測是近些年發展的趨勢，所以如何獲取這方面的相關數據顯得至關重要。衛星海洋監測和有人駕駛飛機進行航拍都暴露出不同的缺點，而無人機在這方面則體現出了機動靈活性強、實時性強、低成本、低損耗等特點。但是由于海島分布不均情況特殊多變，并且包含近海或者遠海等不同距離情況，所以基于海島的無人機覆蓋航跡規劃更不同于以往的普通陸上規劃方法，甚至對航跡規劃的方法要求更高，普通的陸上無人機規劃方法不能滿足其要求。但是現在無人機航跡規劃在海島領域還處于空白階段，幾乎沒有針對海島的專門的航線規劃方法，而一般陸上無人機航線規劃方法又由于其局限性未充分考慮海島的特殊性，所以不能完全照搬其規劃方法應用于海島無人機航線規劃。

發明內容

本發明中的無人機覆蓋航跡規劃方法能夠克服上述缺陷，提出了一種基于不規則海島的無人機覆蓋航線規劃方法，其能夠規劃出一條海島區域內最短路程，最低功耗的最優回環飛行航線。

為實現上述方法，本發明采用了如下的具體航線規劃方法，其包括以下步驟：

(1)提取出不規則海島的外切多邊形；

(2)根據此外切多邊形計算其最小跨度，并決定無人機飛行方向以減少轉彎次數；

(3)根據海島附近地形情況計算飛行高度，并確定起飛點至海島外切多邊形的最短距離；

(4)綜合考慮轉彎次數，多邊形最小跨度和起飛點至海島的最短距離來計算航線距離最小值以獲得最優回環航線。

由于是關于海島區域的覆蓋航跡規劃，所以要充分考慮到海島區域的特殊性，也要充分考慮到起飛點到海島的距離，尤其是距離海岸較遠的海島，起飛點至海島的距離將很大程度上影響海島航線規劃的總的路程。所以本發明就針對海島的特殊性對海島航線進行最優規劃。

所述步驟(1)中，本發明提出了一種歸一化的思想：即把不規則海島形狀都近似規范取為多邊形，這樣在計算方面更方便更有優勢。并且從面積和計算量兩方面考慮，在取不規則海島的外切多邊形時盡量取四至六邊形。

所述步驟(2)中，要計算多邊形最小跨度首先要明確多邊形最小跨度的定義，由于多邊形有凹凸之分，但是凹多邊形又可以切割分為若干個凸多邊形，所以本發明主要考慮較為常見的凸多邊形的情況。首先給出凸多邊形的跨度和寬度的定義：