[發明專利]一種顧及DSM的應急任務的無人機集群航跡規劃方法

在審

• 申請號: 202011138146.4
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112414405A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 孟慶祥;向楓;鐘源
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G06N3/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

本發明涉及一種顧及DSM的應急任務的無人機集群航跡規劃方法，包括：步驟1、獲取應急任務的待觀測區的位置參數、范圍參數和時間參數等；步驟2、根據衛星影像、數字表面模型(DSM)和地圖，運用地理信息技術構建待觀測區環境模型；步驟3、構建多無人機任務分配模型，通過基于高斯線性微分遞減量子粒子群算法求解，獲取各個無人機的觀測子任務；步驟4、構建無人機航跡規劃模型，通過基于高斯天牛須量子粒子群算法求解，得到各個無人機的觀測航跡；步驟5、對所生成的觀測航跡進行平滑處理。本發明可以實現無人機集群航跡規劃，改善規劃的效果。

技術領域

本發明涉及災害應急監測領域和無人機航跡規劃技術領域，具體涉及一種顧及DSM的應急任務的無人機集群航跡規劃方法。

背景技術

近些年，無論在科學研究還是在應用市場中，無人機受到了越來越廣泛的關注。同時，隨著相關技術的快速發展，無人機的自身能力不斷增強且性價比顯著提高，加速了其在相關民用和軍事領域的應用。然而，受限于當前的科學技術水平，目前無人機的應用主要為采用少量無人機來嘗試完成在相對簡單環境中的任務。對于復雜環境中的任務，特別是需要派出無人機集群系統時，如何通過集群的協調配合以發揮其優勢來完成任務，已成為當前科學研究的一項重要挑戰。因此，無人機集群航跡規劃方法在災害應急、搜索救援、環境監視和軍事作戰等領域具有廣闊的應用前景。

對于多無人機任務分配問題要考慮到無人機任務之間的耦合性，求解多無人機任務分配模型可以看作是求解組合優化問題，其原理是通過一定時間的計算獲取最優解，但容易伴隨出現陷入局部最優解等問題，計算時間往往不可預計。無人機航跡規劃問題在滿足各類約束條件的前提下，根據分配結果為無人機規劃飛行航跡，從而得到路徑最短的可飛行路線。在基于智能算法無人機任務規劃的研究中，搜索規模大，約束多等問題，最終獲得的往往不是最優解。由此可知，現有技術中的方法由于得到的不是最優解，因而導致規劃效果不佳。

發明內容

本發明提出一種顧及DSM的應急任務的無人機集群航跡規劃方法，用于解決或者至少部分解決現有技術的方法存在的規劃效果不佳的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種顧及DSM的應急任務的無人機集群航跡規劃方法，包括：

S1：獲取應急任務的待觀測區的相關參數，其中待觀測區的相關參數包括位置參數、范圍參數和時間參數；

S2：根據待觀測區的相關參數獲取待觀測區的衛星影像、數字表面模型和地圖，并運用地理信息技術構建待觀測區環境模型；

S3：構建多無人機任務分配模型，通過基于高斯線性微分遞減量子粒子群算法求解，獲取各個無人機的觀測子任務；

S4：以各個無人機的觀測子任務和其所屬的環境模型為約束，構建面向應急任務的無人機航跡規劃模，通過基于高斯天牛須量子粒子群算法求解，得到各個無人機的觀測航跡；

S5：對求解得到的各個無人機的觀測航跡進行平滑處理，得到航跡規劃結果。

在一種實施方式中，步驟S2包括：

S201：通過衛星影像、數字表面模型和GPS獲取待觀測區的已有環境信息；

S202：采用地理信息技術將任務區域分割成幾行幾列的立體網格地圖；

S203：根據分割的網格地圖，對障礙物進行建模；

S204：定義可行區域。

在一種實施方式中，步驟S203包括：

S2031：在分割的網格地圖上，確定障礙物地理位置信息；

S2032：確定障礙的外形輪廓；

S2033：將凹形障礙物抽象成非凹形障礙物。