[發明專利]一種城市街區環境下高層消防多無人機協同路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202011104389.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112327939A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李鴻一;于躍飛;任鴻儒;魯仁全;姚得銀
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明公開了一種城市街區環境下高層消防多無人機協同路徑規劃方法，所述方法首先利用柵格法構建城市街區的三維環境模型，并對所述三維環境模型進行篩選，得到可飛行區域；使用三維A*算法搜索篩選可飛行區域，規劃出全局參考路徑；再利用高層消防無人機搭載的傳感器實時采集環境信息并實時更新三維環境模型，通過粒子群優化算法進行在線局部路徑規劃，確定當前路徑上是否出現未知障礙物，并判斷高層消防無人機是否需要動態避障。另外，通過設置最小安全距離，實現多架高層消防無人機的協同飛行。本方法實現了高層消防無人機利用混合算法進行協同路徑規劃與自主飛行，路徑規劃合理，響應速度快，在飛行途中靈活避障，具有更高的安全性。

技術領域

本發明涉及無人機路徑規劃領域，更具體地，涉及一種城市街區環境下高層消防多無人機協同路徑規劃方法。

背景技術

我國高層建筑的數量位居世界前列，但由于高層建筑人員密集、可燃物多，導致高層建筑失火事故頻繁發生。為了保障民生、經濟和維護人民生命財產安全，國家高度重視高層建筑的消防工作，并且鼓勵使用消防無人機等新興智能設備發揮在搶險救災等領域內的作用。在高層建筑失火時，傳統的消防滅火模式和設備面臨著在空間、時間和操作上的困難，而消防無人機可以快速出動并以最少時間抵達失火樓層率先開展搶險救災工作，消防無人機的路徑規劃就成了最重要的一環。消防無人機的路徑規劃中既需要根據先驗信息進行全局參考路徑規劃，又需要基于無人機傳感器信息的局部路徑動態規劃。所以在路徑規劃中采用混合算法相比于單一算法在消防無人機飛行的快速性和安全性上具有更加明顯的優勢。在面臨消防任務時，多架無人機進行協同的工作效率要比單獨一架的更高。

2019年3月22日公開的中國專利CN109506654A提供了一種低空航路規劃方法及裝置、飛行器。其中方法包括：對飛行區域進行柵格化建模，得到飛行區域的空間模型；獲取空間模型中的各個柵格的代價值，其中，代價值用于表示對飛行器在對應柵格的空間中航行的影響；根據各個柵格的代價值規劃飛行區域的三維航路。該發明解決了無人機飛行航路的規劃方法，但該方法中使用的算法單一，規劃的飛行路徑不夠合理，無法應對無人機復雜多變的飛行環境。

發明內容

本發明為克服現有方法規劃的路徑不合理，無法應對城市街區飛行環境復雜多變的缺陷，提供一種城市街區環境下高層消防多無人機協同路徑規劃方法。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種城市街區環境下高層消防多無人機協同路徑規劃方法，所述方法包括以下步驟：

S1：利用柵格法構建城市街區的三維環境模型，在所述三維環境模型中設高層高層消防無人機的坐標為D(x,y,z)，姿態信息為D(θ,ψ)，其中θ為高層消防無人機的俯仰角，ψ為高層消防無人機的航向角；

S2：對所述三維環境模型進行篩選，得到包含高層消防無人機起點和終點的可飛行區域；

S3：設置高層消防無人機之間的最小安全距離，記為d_safe，使任意兩架高層消防無人機間的距離d_ij滿足d_ij＞2*d_safe；

設任意兩架高層消防無人機的實時坐標為D_i＝(x_i,y_i,z_i)、D_j＝(x_j,y_j,z_j)，則

S4：基于三維A*算法做出全局參考路徑規劃，用于尋找起點與終點之間的全局參考路徑；

S5：在全局參考路徑的基礎上，基于粒子群優化算法做出局部路徑動態規劃，得到全局最優路徑；

S6：高層消防無人機依據全局最優路徑完成飛行，抵達終點。