[發(fā)明專利]一種高速公路警用無人機停機坪選址方法

在審

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• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108945503A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 于海洋;王云鵬;任毅龍;劉帥;楊剛;張路
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64F1/00
• 分類號: B64F1/00;B64C39/02;G08G5/00;G08G5/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本專利公開了一種高速公路警用無人機停機坪選址方法，所述方法包括：步驟一：確定正常巡檢用無人機停機坪的地址；步驟二：確定非連通路線的備用無人機停機坪地址；步驟三：確定連通路線的備用無人機停機坪地址。通過上述選址方法，能夠在保證有效的無人機監(jiān)控效率的情況下，盡可能地布置更少的無人機數量，并且保持無人機在故障的情況下有備用無人機可以替代，并且設置數量和距離合理降低了路網監(jiān)控的成本和無人機的能耗。

技術領域

本專利屬于智能交通技術領域，具體而言涉及一種高速公路警用無人機停機坪選址方法

背景技術

保持高速公路的暢通、安全，實時獲取路面交通狀態(tài)是一項十分重要的工作。若安插大量警力進行巡檢工作，不僅人力成本高，可能會造成一定程度的人力資源浪費，并且巡檢存在執(zhí)勤人員的安全問題。此外花費時間較長，巡檢范圍受路線限制。現代警用無人機具有高空作業(yè)能力，能夠遠距離、快速的完成作業(yè)指令，巡檢過程不受地面交通的限制，能夠全方位、實時、精確的監(jiān)測地面的交通狀態(tài)。如果使用無人機代替人工巡邏，不僅可以大大減少出警巡邏次數，而且可以在很大程度上提高巡邏的效率。使用無人機數十分鐘巡視的時間，可以達到多個單位警力幾小時的巡視效果。無人機自動巡檢需要布設一定數量的無人機停機坪為無人機充電，并且合理的布設位置可以提高無人機巡檢效率。

目前，關于無人機巡檢方面的研究已經有很多，其中針對道路巡檢的研究已經可以使用多個無人機對道路自動巡檢，但當無人機群中某臺無人機出現故障時，系統(tǒng)無法自動調度無人機保證巡檢任務正常進行。

發(fā)明內容

為了使無人機群中部分無人機出現故障后，無人機群仍然能按正常工況對道路進行全面巡檢。需要合理布設無人機停機坪并布設一定數量的備用無人機，當無人機出現故障后，備用無人機啟動，并對無人機群進行調度。使得可以正常工作的無人機代替故障無人機執(zhí)行巡檢任務。本發(fā)明提出了一種利用單目標線性優(yōu)化數學模型來計算無人機停機坪布設間距及數量的方法。按照無人機停機坪布設位置將路段劃分為連通路線和非連通路線，分別考慮著兩種情況提出備用無人機停機坪布設位置選擇方法和調度方法。

本發(fā)明技術方案如下：

一種高速公路警用無人機停機坪選址方法，其特征在于，所述方法包括：步驟一：確定正常巡檢用無人機停機坪的地址

首先將所需巡檢區(qū)域的路網進行劃分，所述路網由節(jié)點和路段組成，將需要巡檢區(qū)域的道路交叉口標記為節(jié)點，提取路網中所有節(jié)點組成集合N＝{N₁，N₂，…，N_m}。每兩個相鄰節(jié)點之間的可連通道路即為一個路段，提取路網中所有路段組成集合D＝{D₁，D₂，…，D_m}。按路段計算無人機停機坪的布設位置，設所計算路段正常情況下巡檢無人機個數為n，則需布設n+1個無人機停機坪。采用單目標線性優(yōu)化的方法確定各參數：

式中t表示路段無人機群總巡檢時間與充電補給時間之和；t_x表示路段無人機群巡檢總耗時，t_c表示一次巡檢之后路段無人機群完全充電總耗時，n表示路段巡檢無人機數量；d表示每相鄰兩個無人機停機坪之間的距離；v表示無人機正常巡檢時速；T表示無人機電量為0時完全充滿電所需時間；E為無人機續(xù)航里程；μ為電量預留系數，D為所計算路段的長度；Z表示自然數集；按約束條件使用線性規(guī)劃的方法求解目標函數的最小值，從可行域中某一個邊界點開始，判斷此邊界點是否是最優(yōu)解，若不是，則計算另一個邊界點，以此迭代，直到求出最優(yōu)解；最優(yōu)解即為所計算路段使得無人機巡檢總時間及充電時間最短的無人機數量n和無人機停機坪之間的間距d；需要沿路段均勻布設的無人機停機坪數量為(n+1)個；并按此方法計算路網內所有路段的無人機停機坪布設位置。

步驟二：確定非連通路線的備用無人機停機坪地址