[發(fā)明專利]一種無人機航路規(guī)劃數(shù)據(jù)可視化與人機交互方法及系統(tǒng)

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• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113360055A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 黃志宇;林云;于潔;武斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院軟件研究所
• 主分類號: G06F3/0483
• 分類號: G06F3/0483;G06F3/0484;G06F3/0488;G06Q10/04;G01C21/20
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權代理有限公司 11200
• 代理人: 李文濤

本發(fā)明公開一種無人機航路規(guī)劃數(shù)據(jù)可視化與人機交互方法及系統(tǒng)，屬于計算機輔助決策與規(guī)劃領域，通過加載無人機航路規(guī)劃任務區(qū)域的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)、地形高程數(shù)據(jù)，獲取航路基本屬性信息、航路點信息和航段信息；在航路要素表上完整顯示航路點與航段信息；在數(shù)字地圖上圖形化顯示航路點與航段的位置、距離和航向信息，形成航路態(tài)勢圖；在高程剖面圖上顯示航路途經(jīng)的地形信息，以及圖形化顯示航路點與航段的位置、距離和高度信息；同步更新航路要素表、航路態(tài)勢圖和高程剖面圖。本發(fā)明減輕了無人機任務規(guī)劃人員的工作壓力和強度，提高無人機任務規(guī)劃人員對利用無人機航路規(guī)劃系統(tǒng)進行輔助決策的時效性和有效性。

技術領域

本發(fā)明屬于計算機輔助決策與規(guī)劃領域，更具體地，本發(fā)明涉及無人機航路規(guī)劃圖形系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化與人機交互方法及系統(tǒng)。

背景技術

無人機航路規(guī)劃即綜合地理信息和環(huán)境威脅信息，在考慮無人機性能、任務規(guī)定的到達時間、無人機之間的協(xié)同要求、飛行過程中的油料消耗情況、可能面臨的威脅、飛行區(qū)域等約束條件的情況下，規(guī)劃出一條自出發(fā)地到目的地的最優(yōu)飛行航路或多條可飛行航路。作為無人機控制系統(tǒng)的關鍵技術之一，航路規(guī)劃保障了無人機自主飛行、智能控制、行業(yè)應用的實現(xiàn)，同時，有效的航路規(guī)劃系統(tǒng)能夠大大提高無人機的任務完成能力。

航路規(guī)劃本質(zhì)上是對一個問題的尋優(yōu)求解，即從某個特定問題的初始狀態(tài)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)一系列行為或構造一系列操作步驟，達到解決該問題的目標狀態(tài)。當前航路規(guī)劃技術大量采用計算機輔助決策的方法，涉及控制理論、優(yōu)化理論、認知學、計算機技術、人工智能等多個領域，其目標就是自動化或半自動化的給出航路規(guī)劃的最優(yōu)解。

由于無人機任務和環(huán)境的復雜性，涉及到無人機的飛行性能、動力學特征、地形匹配、威脅區(qū)域規(guī)避、多無人機航路沖突等多種因素、自然地理環(huán)境帶來的約束條件以及任務目標的動態(tài)要求，導致航路規(guī)劃優(yōu)化問題的難點主要是其問題優(yōu)化的復雜性。無人機任務規(guī)劃人員需要面對大量不斷隨時空變化的航路動態(tài)數(shù)據(jù)，這就需要利用數(shù)據(jù)可視化技術，將數(shù)據(jù)和態(tài)勢的重要信息、關鍵時節(jié)和多域數(shù)據(jù)間彼此的關聯(lián)性可視化地展現(xiàn)在規(guī)劃人員面前。

最終航路規(guī)劃的決策還是要由規(guī)劃人員來調(diào)整和決定，這期間需要大量的人機交互的試錯和核查過程，調(diào)整并確認諸如無人機起飛降落時間與地點、路徑點、飛行高度、任務需求、碰撞檢測、威脅規(guī)避、地形利用、油料消耗、通信鏈路等復雜的影響無人機航路規(guī)劃的要素，經(jīng)過復雜而細致的調(diào)整操作逐步迭代逼近面向不同任務需求的航路規(guī)劃最優(yōu)解。所以在提升航路規(guī)劃自動化水平的同時，還應重視設計創(chuàng)新的數(shù)據(jù)的可視化和人機交互方法和系統(tǒng)，從而在無人機航路規(guī)劃作業(yè)中，最大化的發(fā)揮人的經(jīng)驗和知識帶來的審時度勢優(yōu)勢。

為了提高無人機執(zhí)行任務的成功率，常常需要多架無人機協(xié)同完成任務。多無人機協(xié)同航路規(guī)劃與單機無人機航路規(guī)劃相比，除了要考慮躲避環(huán)境障礙、滿足無人機飛行約束等條件，還需注意無人機之間的避免碰撞以及協(xié)同完成任務等要求。因此，多無人機協(xié)同航路規(guī)劃更加復雜，也更難解決。需要將更豐富、更細致的在時間、空間以及實體多維度的綜合視角提供給航路規(guī)劃人員，對規(guī)劃數(shù)據(jù)的可視化和人機交互提出了很大的挑戰(zhàn)。

航路規(guī)劃的優(yōu)化問題，通常除了采用相關優(yōu)化算法作為輔助規(guī)劃手段，還需要大量的人工介入，不斷進行調(diào)整、評估和確認的反復迭代。這種現(xiàn)狀導致了航路規(guī)劃必然是一個多輪人機交互的工作場景，如何提供一個良好高效的人機交互體驗，權衡和設計人機控制的邊界，成為無人機航路規(guī)劃系統(tǒng)設計中一項專業(yè)和重要的工作。

鑒于上述內(nèi)容，期望提供一種用于無人機航路規(guī)劃的數(shù)據(jù)可視化與人機交互方法和系統(tǒng)，將影響無人機航路規(guī)劃的各種要素信息采用地圖、圖形、線條、標號、字符、數(shù)字等綜合顯示方式，從多視角綜合展示給無人機規(guī)劃人員，并提供多種先進高效的人機交互手段，為規(guī)劃決策提供多方位直觀的參考信息，從而提高對無人機航路規(guī)劃的有效性，縮短規(guī)劃試錯求解過程，減輕無人機任務規(guī)劃人員的工作壓力和強度。

發(fā)明內(nèi)容