[發明專利]無人機群大范圍協同監測方法

有效

• 申請號: 201810997631.3
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN108829136B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 曹先彬;杜文博;徐亮;李宇萌;胡宇韜;劉瑜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01S17/89;H04N7/18
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

1.無人機群大范圍協同監測方法，其特征在于，基于若干無人機，通過集群算法進行協調飛行；具體步驟如下：

步驟一、將每個無人機與各自的飛控裝置、360度激光掃描測距雷達、開發板、光流傳感器、高清攝像機、三軸云臺、高亮度補光光源和風速測量儀進行組裝并進行調試飛行，檢測各飛行參數，確保無人機正常飛行；

在環境很暗的條件下，自動打開高亮度補光光源；飛行過程中通過高清攝像機對自身的下部環境進行拍攝監測，高清攝像機通過三軸云臺固定在無人機上，無人機通過光流傳感器保持自身和高清攝像機的穩定；

步驟二、將若干組裝并調試好的無人機編隊組成無人機群，通過集群算法協調各無人機在不確定條件下對復雜環境進行大規模自主監測；

步驟三、每個無人機在不確定條件下飛行，360度激光掃描測距雷達以自身為中心，各自進行沖突探測和解脫；

當飛行過程中，遇到障礙物進入沖突狀態后，飛控裝置控制無人機的飛行角度，在沖突狀態下控制角度偏轉，改變飛行方向進行沖突解脫；

步驟四、沖突解脫后，通過Vicsek模型來調整無人機群中的各無人機飛行方向；

步驟五、每個無人機基于全局高斯的特征增強算法，通過各自的開發板對拍攝的圖像進行分析，檢測是否有異常區域；

拍攝圖像傳送到開發板，每個無人機基于全局高斯的特征增強算法，通過各自的開發板對拍攝的圖像進行分析，檢測是否存在異常區域；

具體步驟如下：

步驟501、每個無人機輸入各自的1024dpi×1024dpi×3通道的拍攝圖片給開發板，通過神經網絡進行圖像特征提取，生成8dpi×8dpi×256通道的圖片；

步驟502、將特征提取后的圖片看成64個256維的向量X＝(X₁,X₂,…,X₆₄)，對64個向量的每個分量求平均值，得到平均向量μ；

步驟503、再將特征提取后的圖片看成256個64維的向量Y＝(Y₁,Y₂,…,Y₂₅₆)，計算256個向量的協方差矩陣∑；

矩陣的每個元素∑_{m_n}為向量Y_m與Y_n的協方差；m,n＝1,2,....256；

步驟504、將協方差矩陣∑與平均向量μ構成一個新的257維方陣∑^*；

步驟505、將257維方陣∑^*展開成一個257×257維的特征向量，再通過神經網絡的全連接層，檢測出該無人機拍攝的異常區域；

步驟六、無人機群飛行通過待監測區域后按原路線返回，并在返回過程中對異常區域進行重點攝像監測，完成任務。

2.如權利要求1所述的無人機群大范圍協同監測方法，其特征在于，所述的步驟三具體為：

首先，無人機群在剛開始編隊飛行的時候，速度大小和方向一致，保持隊形不變；

然后，飛行過程中，每個無人機都各自進行沖突探測；

無人機具有安全半徑R_c，R_c＜R_d，R_d為周圍環境的探測半徑；以無人機為中心，如果360度激光掃描測距雷達檢測到障礙物與該無人機的距離小于安全半徑R_c時，則該無人機處于沖突狀態；

最后，當無人機處于沖突狀態時，飛控裝置對無人機的飛行角度進行偏轉，改變無人機的飛行方向進行沖突解脫；

無人機以自身為中心，以飛行方向為z軸，以豎直向上方向為y軸，以垂直y-z平面為x軸建立空間坐標系；無人機根據障礙物的位置信息，將無人機與障礙物的連線方向記為w軸，在w-z平面內，當無人機距離障礙物的最小距離達到R_c時，計算自身的飛行角度偏轉最小角度θ，并通過飛控裝置控制無人機按照偏轉后的路線飛行實現沖突解脫。

3.如權利要求1所述的無人機群大范圍協同監測方法，其特征在于，所述的步驟四具體計算方法為：

對于每個無人機，速度方向取上一個時間步在各無人機探測半徑R_d內的所有無人機的平均速度方向；計算公式為：其中V(t+1)表示t+1時刻該無人機的速度方向，表示檢測半徑R_d內的所有無人機的平均速度方向，Δφ是角度誤差；

無人機群通過Vicsek模型來調整各個無人機的速度方向，從而保持隊形。