[發(fā)明專利]基于AirSim的無人機運行場景仿真方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010936620.1
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112037330A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張學(xué)軍;周強;申炎;程國寶
• 申請（專利權(quán)）人: 北航（四川）西部國際創(chuàng)新港科技有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G05B17/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發(fā)明公開了一種基于AirSim的無人機運行場景仿真方法，包括步驟一：基于地面環(huán)境的場景建模，步驟二：導(dǎo)入地面環(huán)境模型，建立高逼真度的低空域仿真場景，步驟三：在高逼真度的低空域仿真場景中添加無人機模型，步驟四：高逼真度的低空域仿真場景測試，步驟五：基于AirSim的無人機運行場景仿真。本發(fā)明通過獲取地面環(huán)境數(shù)據(jù)，建立高逼真的低空域的仿真場景，利用AirSim插件進(jìn)行無人機的仿真，并獲取無人機在低空域場景仿真時的數(shù)據(jù)，帶來更加真實的仿真效果，為無人機仿真研究帶來便利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機領(lǐng)域，具體涉及一種基于AirSim的無人機運行場景仿真方法。

背景技術(shù)

近些年，隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，無人機的應(yīng)用場景越來越廣泛。無人機可以快速安全到達(dá)許多人無法到達(dá)的地方，用于搜索救援任務(wù)，在城市中完成巡邏、搜索等任務(wù)。疫情期間無人機充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢，被證明能夠進(jìn)行人體體溫測試、實時交通管控、大范圍消毒消殺、無接觸配送等。所以對無人機運行進(jìn)行有效的研究與測試仿真具有重要的意義。但是無人機造價成本較高，實際測試時受到實際環(huán)境的限制，且存在一定的安全性問題，為無人機的測試帶來了一定的阻礙。因此，基于AirSim的無人機運行場景仿真成為一種解決方法。

當(dāng)前對無人機以及相關(guān)算法研究時較多的是通過數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)或者程序仿真的方式進(jìn)行。這種方法擁有自身的優(yōu)點，沒有條件限制：無論是場地還是硬件設(shè)備，也不需要實際的無人機設(shè)備，仿真結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。但是沒有考慮到實際無人機運行時的環(huán)境因素，因此存在一定的局限性。AirSim插件是微軟開發(fā)的一款基于Unreal Engine的無人機模擬器，它作為一款Unreal Engine插件提供了逼真的視覺場景。利用地面環(huán)境數(shù)據(jù)，建立基于低空域的仿真場景，并利用AirSim插件，實現(xiàn)無人機的運行仿真，通過程序控制無人機的運行，更加真實的模擬無人機在低空域下的運行情況，獲取接近于實際無人機運行的數(shù)據(jù)。同時在仿真場景中驗證無人機算法，為真實無人機的運行測試提供了數(shù)據(jù)支持，彌補了當(dāng)前無人機仿真與研究中存在的一些不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于AirSim的無人機運行場景仿真方法，彌補現(xiàn)有的無人機運行仿真存在的不足。獲取實際地面環(huán)境數(shù)據(jù)，建立高逼真度低空域仿真場景，通過程序控制無人機飛行，模擬無人機在低空域環(huán)境中的運行情況，實現(xiàn)無人機的仿真或者無人機算法的驗證。

基于AirSim的無人機運行場景仿真方法，包括以下步驟：

步驟一：基于地面環(huán)境的場景建模

為了進(jìn)行基于AirSim的無人機運行場景仿真，首先對地面環(huán)境進(jìn)行建模，場景建立需要環(huán)境數(shù)據(jù)的支持。需要獲取的數(shù)據(jù)包括：高程數(shù)據(jù)，矢量建筑數(shù)據(jù)，矢量路網(wǎng)數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)以及建筑物紋理貼圖。獲取到的數(shù)據(jù)需要按照使用需求進(jìn)行處理。

對于地面環(huán)境模型的建立，本發(fā)明選擇在CityEngine中進(jìn)行模型搭建。在新的場景中，導(dǎo)入處理后的數(shù)據(jù)。使用高程數(shù)據(jù)構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的地形，在地形上面添加地面紋理貼圖。通過規(guī)則化建模方法，將矢量路網(wǎng)、矢量建筑二維模型快速還原成三維道路模型和三維建筑模型，將該模型與實際的道路、建筑比對，進(jìn)行相應(yīng)的修改，并使用實際道路、建筑圖片進(jìn)行貼圖操作，使得更具有真實感。同時添加各種植被、水系模型等搭建一個地面環(huán)境模型。

步驟二：導(dǎo)入地面環(huán)境模型，建立高逼真度的低空域仿真場景

步驟一中所建立的地面環(huán)境模型只是仿真場景的一部分，需要將其導(dǎo)入到仿真軟件中并進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，從而建立高逼真度的低空域仿真場景。在Unreal Engine中新建一個C++工程，使用Datasmith插件將步驟一中建立好的地面環(huán)境模型導(dǎo)入。在已有的地面環(huán)境模型的基礎(chǔ)上，對植被和建筑的位置、紋理等細(xì)節(jié)同樣進(jìn)行調(diào)整。通過對場景中的材質(zhì)，天氣，陽光進(jìn)行修改和添加，使得仿真場景更加逼近于實際效果，建立一個高逼真度的低空域仿真場景。

步驟三：在高逼真度的低空域仿真場景中添加無人機模型