[發明專利]一種基于公路網物理結構的無人機巡航路線優化方法

有效

• 申請號: 201710296982.7
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107038902B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 牛樹云;張紀升;孫曉亮;張凡;李宏海;劉見平;崔瑋;張金金;趙麗;朱麗麗;張利;文娟;王體斌;吳辰
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G06Q10/04
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 王新發;常亞春

本發明公開一種基于公路網物理結構的無人機巡航路線優化方法，包括以下步驟：一，路段重要度的計算；二，無人機飛行路線優化模型的構建；該基于公路網物理結構的無人機巡航路線優化方法能夠解決目前空域管制條件下無人機飛行路線優化問題，為無人機在路網運行監測與管理中的應用提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于智能交通領域，具體地講是一種基于公路網物理結構的無人機巡航路線優化方法。

背景技術

交通信息是交通管理與控制的基礎，而交通傳感器是交通信息采集的重要方式。常用的檢測器是固定檢測器，如線圈檢測器，微波檢測器，視頻檢測器，自動車輛識別檢測器(AVI)等。這類交通檢測器的最大優勢是能在長時間內捕捉具體位置的動態交通信息。然而，固定檢測器的缺點也是非常明顯的，受資金費用約束，路網中不可能隨處布設固定檢測器。因此，移動交通傳感器可作為交通信息采集的補充方式。鑒于固定檢測器的缺點，交通監測中引入了越來越多的移動檢測器。無人機作為一種新的工具，可通過加載不同的傳感器，去執行不同的任務，如高清攝像機，雷達，紅外線攝像機等。

無人機的易操作性和靈活性，使得其在交通領域內有廣泛的應用。無人機可迅速的部署，并實時與交通控制中心進行數據交換。通過無人機上的傳感器，可提供調查區域或特定區域的完整圖片，也能提供連續的交通狀態監測，因此，相對于傳統的固定檢測器，無人機被看作有效的交通監測設備。

受燃油和電池的容量限制，在無人機數量有限及無人機能力限制的條件下，如何優化無人機的巡航路線使其覆蓋盡可能多的路段或采集盡可能多的信息量變得十分重要。為了巡航更多的目標，優化無人機的巡航路線則變得更重要和更有意義。

近年來，研究者提出了各種各樣的無人機路線優化模型，一些人通過對偶拓撲抽取方法，將需要被監測的路段轉換為節點，將無人機的路線優化問題轉化為旅行商問題；一些人假定無人機在需監測路段沿路飛行，其余路線均是沿兩點之間的直線飛行。在實際應用中上述兩種方法均有一定困難。在我國無人機飛行面臨的問題是受空域管制、低空飛行權限限制以及地面居民分布、軍事禁飛區等影響，無人機不能隨意的在空中飛行。基于此，無人機沿道路飛行是更為可行的。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠解決目前空域管制條件下無人機飛行路線優化問題，為無人機在路網運行監測與管理中的應用提供技術支撐的無人機巡航路線優化方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種基于公路網物理結構的無人機巡航路線優化方法，包括以下步驟：

1)路段重要度的計算：

通過阻斷事件數和阻斷事件等級參數獲得路段重要度，路段上發生的阻斷事件越多，越嚴重，則路段越重要，即該路段的信息量越大，路段i的計算公式如下所示：

其中，N為事件等級，通常情況下，N等于5；表示路段i上等級為j的事件數，且w_j表示等級j的權重；

接下來，將路段重要度記作路段信息值，如果無人機巡航該路段，則表示采集到了這些信息；

2)無人機飛行路線優化模型的構建：

將交叉口、互通立交、收費站等抽象為節點，提取公路網網絡結構的原始拓撲圖，由路網拓撲圖易得拓撲圖的鄰接矩陣M，節點與路段的關聯矩陣B，進一步，結合公路里程數據以及無人機飛行速度信息，得到任意兩節點之間的飛行時間矩陣D；

令S為路網中所有路段的集合，S₀為路網中待巡查路段的集合，S₁為路網中無需無人機巡查的路段集合，則S₀∩S₁＝Φ，S₀∪S₁＝S，無人機的巡查目標是集合S₀中的路段。