[發明專利]一種用于室內定位信息收集的無人機路徑和動作規劃算法

在審

• 申請號: 202011243205.4
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112351397A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 劉亮;王子杰;曾力;李鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W4/33
• 分類號: H04W4/33;H04W64/00;G01C21/20;G06T17/00;G16Y40/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于室內定位信息收集的無人機路徑和動作規劃算法，屬于物聯網領域。本發明為搭載信號收集設備(無線網卡)的無人機規劃動作和路徑，探測在三維空間中的信道狀態信息(CSI)信號，從而用于室內定位信息指紋圖的建立。相比于人為探測CSI信號，無人機降低了信號的擾動，而路徑和動作規劃避免了無人機在室內的碰撞并且極大地降低了能耗。在對室內環境、無人機運動和能量進行建模后，將規劃問題轉化為廣義的旅行商問題(GTSP)，從而使用GLNS求解器進行優化。

技術領域

本發明涉及一種用于室內定位信息收集的無人機路徑和動作規劃算法，屬于計算機領域中物聯網領域。

背景技術

室內定位是指利用無線通信、基站定位、慣性導航定位等多種技術，在某一時刻確定出人員和物體在室內的具體位置。室內定位因能完成人員、物體等在室內位置的精確感知，從而使其在醫療輔助、井下救援、智能家居和智能教學等眾多領域具有巨大的應用前景和經濟價值。當前室內定位技術包括UWB、藍牙、RFID、Zigbee、紅外、超聲波和WiFi等。其中基于WiFi技術的CSI指紋圖定位具有非常高的精度，且CSI信號易于收集[1，2]，因此該技術已經成為很多室內定位需求的首選方案。

為了減少人力投入以及人在室內的移動對WiFi信號產生的影響，可以使用無人機攜帶專業的CSI信號采集設備(通常為特殊型號的網卡)在室內執行信息收集任務。該任務需要達到全覆蓋率，即所有具有WiFi信號的地方都必須飛到并獲取其數據，而當前商業無人機的電池容量較小是一個非常嚴重的缺陷。此外，同一時間無人機只能連接到一個WiFi采集其數據。這些約束就要求了我們需要對無人機執行任務進行節能高效的路徑和動作規劃。

目前，存在許多室內或室外無人機的路徑規劃工作[3，4，5]；他們通常為區域的路徑覆蓋問題，場景一般為開闊的室外區域或者精心布置，并帶有可供無人機自定位裝置的室內環境，并不能滿足使用無人機在較為復雜的室內環境中進行定位信息收集的要求。同時，也有很多基于CSI的室內指紋圖技術的研究[6，7]，各項實驗指標表明只要收集足夠的CSI信號數據就可以完成CSI指紋圖的構建，從而達到精準的室內定位的目的。本發明專利提出一種無人機路徑和動作規劃算法，可以使無人機在較低能量能耗的情況下完成室內定位信息收集的任務。

上文中提到的文獻來源于如下的期刊：

[1]Wang X，Gao L，Mao S.CSI phase fingerprinting for indoorlocalization with a deep learning approach[J].IEEE Internet of ThingsJournal，2016，3(6)：1113-1123..

[2]Wu K，Xiao J，Yi Y，et al.CSI-based indoor localization[J].IEEETransactions on Parallel and Distributed Systems，2012，24(7)：1300-1309.

[3]Cabreira T M，Ferreira P R，Di Franco C，et al.Grid-Based CoveragePath Planning with Minimum Energy over Irregular-Shaped Areas with UAVS[C]//2019 International Conference on Unmanned Aircraft Systems(ICUAS).IEEE，2019：758-767.Information Networking and Applications，AINA，Gino Wan，Okinawa，Japan，March 25-28，2008，pp.978-984.