[發明專利]一種無人機湖泊測繪任務航跡規劃方法

有效

• 申請號: 202110348854.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113138606B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳澤陽;王蛟龍;楊曉慶;段一銘;徐辰曉;祝麗娜
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06F30/27;G06N3/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種無人機湖泊測繪任務航跡規劃方法，通過確定約束條件以及優化目標后，建立優化目標函數，利用NSGA?II算法對帶入約束條件的優化目標函數進行己算得到分布均勻的Pareto最優解集，選擇適合實際需求的解作為本次無人機湖泊測繪任務的航跡。

技術領域

本發明涉及航跡規劃技術領域，特別涉及一種無人機湖泊測繪任務航跡規劃方法。

背景技術

多旋翼無人機以其獨特的優點已經占據了很大一部分民用無人機市場。目前，民用商業多旋翼無人機的續航一般在10-30分鐘不等，這對于想要利用多旋翼無人機完成更多、更復雜的任務來說是遠遠不夠的。影響電動多旋翼無人機續航能力的因素主要包括飛機重量、飛行速度、飛行姿態、環境溫度、電池參數等。其中，提升電池容量的同時必然會使得電池重量增加，降低旋翼電機功耗的同時必然會導致飛機的穩定性下降，提高飛行速度的同時必然會導致功耗提升。

想要追求高效率，可能就會犧牲一些測繪質量；想要提高測繪質量，那么效率也就成了一個大問題。在多旋翼無人機應用于湖泊測繪時，這樣相互制約的因素還有很多很多，本申請針對這些問題提出一種解決方案。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種無人機湖泊測繪任務航跡規劃方法，為無人機能夠執行更多任務、平均用時更少、平均航程更短以及信號更穩定規劃出最優的航跡方案。

技術方案：本發明所述的一種無人機湖泊測繪任務航跡規劃方法，包括有以下步驟：

S1：確定無人機湖泊測繪任務中對無人機的約束條件，包括有：續航時間T、續航里程S和通信距離D；

S2：設定無人機湖泊測繪任務中的優化目標，包括有航行時間、航行里程、通信距離、任務總面積與實測覆蓋面積的覆蓋率和測繪結果中相互重疊部分的面積占測繪結果總面積的百分比的重疊率；

S3：對優化目標建立目標函數模型與決策變量，并且在目標函數模型中帶入約束條件，運用NSGA-II算法求解，其中帶入約束條件的優化目標的目標函數模型分別為：帶入約束條件的航行時間：T_all、帶入約束條件的航行里程：S_all、帶入約束條件的絕對通信距離D_com、帶入約束條件的覆蓋率β和帶入約束條件的重疊率

所述T_all的數學模型為：其中t_tkf為無人機起飛時間，t_land為無人機降落時間，N為懸停點個數,t_hov為每一點懸停時間，v為飛行速度；

所述S_all的數學模型為：其中(x_i,y_i)為K_i點的經緯度坐標，(x_i+1,y_i+1)為K_i+1點的經緯度坐標，高度相同的兩懸停點間相對距離

所述通信距離D_com的數學模型為：其中(x_i,y_i)為K_i點的經緯度坐標，(x_home,y_home)為home點的經緯度坐標，下標i取1到N之間的整數；

所述覆蓋率β的數學模型為：其中Area_nvp為無人機每次懸停時測繪到的實際面積Area的互不重疊的部分，Square為待測總面積；

所述重疊率的數學模型為：其中Area_ovp為無人機每次懸停時測繪到的實際面積Area的重疊的部分；

S4：根據NSGA-II算法求解的得到的分布均勻的Pareto最優解集，選擇適合實際需求的解作為本次無人機湖泊測繪任務的航跡。