[發(fā)明專利]一種基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010031198.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111209294B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張欽宇;韓繼澤;韓嘯;陳修;方原;殷豪;劉穎;李銀;程程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院）
• 主分類號(hào): G06F16/24
• 分類號(hào): G06F16/24;G06F16/29;G06F18/22;G06F18/2413;G01C21/20
• 代理公司: 深圳市添源創(chuàng)鑫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44855
• 代理人: 周椿

本發(fā)明適用于多無(wú)人機(jī)分布式搜索技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法,包括：S1、根據(jù)PKNN算法將柵格地圖單元進(jìn)行合并劃分到不同區(qū)域；S2、根據(jù)模型預(yù)測(cè)控制得到每個(gè)無(wú)人機(jī)需要搜索區(qū)域集合并將集合中的區(qū)域分配給無(wú)人機(jī)；S3、無(wú)人機(jī)根據(jù)自己分配到的區(qū)域設(shè)計(jì)搜索路線對(duì)區(qū)域進(jìn)行覆蓋搜索。該方法能夠在更短時(shí)間完成搜索任務(wù)；相比于直接使用多旅行商問(wèn)題進(jìn)行求解，利用柵格區(qū)域化減少了求解難度，簡(jiǎn)化了求解的時(shí)間復(fù)雜度；能夠有效應(yīng)對(duì)搜索過(guò)程中出現(xiàn)的突發(fā)情況；分別針對(duì)已知環(huán)境和未知環(huán)境提供了對(duì)應(yīng)的路徑規(guī)劃方案，能適應(yīng)更多的應(yīng)用場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多無(wú)人機(jī)分布式搜索技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法。

背景技術(shù)

無(wú)人機(jī)與有人飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)和具有重量很輕、體積非常小、操作簡(jiǎn)單和更強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能等優(yōu)勢(shì)。特別是在極端惡劣場(chǎng)景中，無(wú)人機(jī)可以利用本身優(yōu)勢(shì)，代替人完成指定任務(wù)。近年來(lái)，材料技術(shù)、傳感器技術(shù)特別是深度學(xué)習(xí)和人工智能的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)已經(jīng)越來(lái)越多地被用于執(zhí)行各種任務(wù)，特別是偵察和搜索任務(wù)。無(wú)人機(jī)在執(zhí)行偵查搜尋過(guò)程中，由于自身靈活的機(jī)動(dòng)性能和較小的體積能夠近距離偵察搜索目標(biāo)，借助實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，能夠返回目標(biāo)高清圖像；無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)一定的改裝，不需要考慮飛行員疲勞傷亡，在傳感器的幫助下能夠在夜間完成任務(wù)。日前，無(wú)人機(jī)在搜尋偵查范疇內(nèi)的利用已相當(dāng)普遍。但是，不同的搜索任務(wù)的環(huán)境差別很大，例如城市和叢林，不同的地物分布導(dǎo)致搜索任務(wù)的安排存在較大差異。搜索目標(biāo)的種類不同，如靜止目標(biāo)和移動(dòng)目標(biāo)，目標(biāo)還有可能會(huì)故意躲避，甚至攻擊無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)搜索區(qū)域一般較大，要求無(wú)人機(jī)短時(shí)間內(nèi)找到目標(biāo)具有一定難度。除了環(huán)境本身的難度，無(wú)人機(jī)自身也存在一些問(wèn)題，如負(fù)載受限，探測(cè)精度不高，通信距離有限對(duì)無(wú)人機(jī)搜尋任務(wù)必然造成影響。

同時(shí)，在震后救災(zāi)的搜索任務(wù)中，無(wú)人機(jī)需要盡快對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，了解受災(zāi)的整體狀況，合理安排資源對(duì)重災(zāi)區(qū)進(jìn)行搜救，此時(shí)，無(wú)人機(jī)的搜索任務(wù)目的是最短時(shí)間內(nèi)完成搜索偵察任務(wù)，給后續(xù)救災(zāi)爭(zhēng)取時(shí)間。這類任務(wù)需要無(wú)人機(jī)快速完成搜索區(qū)域的覆蓋搜索，需要合理設(shè)計(jì)搜索路線，減少每架無(wú)人機(jī)搜索消耗的時(shí)間，從而使完成任務(wù)的時(shí)間最短。

現(xiàn)有的主流解決方案主要為：

1)基于“S”型路徑的區(qū)域搜索方法。這是一種傳統(tǒng)區(qū)域覆蓋搜索方法，這種方法以“S”型路線對(duì)區(qū)域進(jìn)行覆蓋搜索，這種方法能夠合理設(shè)計(jì)搜索路徑，減少搜索時(shí)間。但是這種方法中無(wú)人機(jī)集群在任務(wù)開(kāi)始前就制定好路線，一旦任務(wù)中出現(xiàn)突發(fā)情況如某架無(wú)人機(jī)發(fā)生故障，剩余無(wú)人機(jī)無(wú)法有效替代故障無(wú)人機(jī)，導(dǎo)致搜索任務(wù)無(wú)法繼續(xù)可靠完成。

2)基于模型預(yù)測(cè)控制的搜索方法。這種方法適用于動(dòng)態(tài)未知環(huán)境，能夠通過(guò)預(yù)測(cè)未來(lái)決策收益來(lái)設(shè)計(jì)搜索路徑。它通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程：獲取環(huán)境信息、滾動(dòng)預(yù)測(cè)未來(lái)的決策收益和根據(jù)預(yù)測(cè)做出最優(yōu)策略，不同重復(fù)直到任務(wù)結(jié)束。這種方法能夠有效找到目標(biāo)，但是它是一個(gè)完全動(dòng)態(tài)的過(guò)程，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在搜索過(guò)程的時(shí)間消耗很大，搜索效率并不高。

傳統(tǒng)的“S”型搜索方法，這種方法無(wú)法應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，只能按照既定路線進(jìn)行搜索，沒(méi)有利用無(wú)人機(jī)靈活的特點(diǎn)。(2)基于模型預(yù)測(cè)控制的方法能夠很好應(yīng)對(duì)目標(biāo)搜索。但是單單使用模型預(yù)測(cè)控制的方法，由于其每一次搜索決策都要進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，需要大量的時(shí)間，同時(shí)無(wú)法合理設(shè)計(jì)搜索路線，導(dǎo)致實(shí)際的搜索效率不好。

針對(duì)以上缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于區(qū)域分配的分布式搜索策略，既能通過(guò)合理設(shè)計(jì)路線達(dá)到快速搜索的目的，同時(shí)還能應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，增加了完成搜索的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法，旨在解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法,所述基于區(qū)域分配面向多無(wú)人機(jī)的分布式覆蓋搜索方法包括以下步驟：

S1、根據(jù)PKNN算法將柵格地圖單元進(jìn)行合并劃分到不同區(qū)域；