[發明專利]用于國家公園及自然保護地的無人機巡護路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202211112515.1
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115185303B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 郭強輝;殷虹嬌;張鵬;王永峰;宋尚源;高琳
• 申請（專利權）人: 南開大學;北京新智感科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發明公開了一種用于國家公園及自然保護地的無人機巡護路徑規劃方法，包括以下步驟：步驟1：輸入三維地形數據，生成一個有界的三維區域，要求無人機遍歷所有路徑點后即完成視覺覆蓋任務；步驟2：以無人機飛行路徑為優化目標，添加無人機遍歷路徑點、無人機電量限制、無人機自助充電線路規劃的約束條件，建立無人機路徑規劃模型；步驟3：在步驟2建立的無人機路徑規劃模型下，利用分枝定界算法，并結合線性松弛和貪心算法進行求解，得到無人機的遍歷路徑。本發明解決了自然保護地無法持續開展無人機巡護監測問題，實現了無人機監測自動化。

技術領域

本發明屬于無人機飛行控制技術領域，具體涉及一種用于國家公園及自然保護地的無人機巡護路徑規劃方法。

背景技術

野外巡護監測是國家公園及自然保護地最重要的生態監測與日常監管手段，巡護員通過巡護監測收集野生物種種群、生境及物候等方面的資料，同時能夠及時發現生態環境問題和制止違法活動等，實現對國家公園及自然保護地的有效保護，為自然資源監管提供決策依據。但國家公園及自然保護地面積大、范圍廣、地形復雜，多數地區人員和車輛難以到達，傳統的人工巡護方式效率低下、費時費力。因此，近年來無人機越來越多的被用于各類自然保護地的巡護監測工作。

無人機技術是一種將飛行器技術、通信技術、GPS、差分定位技術和圖像技術融合實現的無人機遙感技術，通過搭載高清攝像機、智能傳感器等感知設備，結合無線通訊網絡，實現監測數據的自動獲取與傳輸。目前無人機用于國家公園及自然保護地巡護監測存在續航短，飛控人員要求高、飛機存儲運輸難、應用集成難度高等挑戰，難以滿足常態化監測的應用需求。

無人機自動機場是協助無人機全流程作業的地面自動化設施，為無人機提供全天候的防護，通過自動化的開合、升降、取卸結構設計，讓無人機的起飛、降落、存放以及電池管理均可自動完成，無需人工干預。無人機存放于自動機場內，當有飛行需求時無人機自主從機場起飛，完成任務后無人機自動降落于自動機場內，在自動機場中進行充電，為下一次任務做好準備，實現全自動化作業。

為實現無人機在國家公園及自然保護地生態監測工作中的常態化發展，滿足野外巡護監測管理需求，本專利基于無人機自動機場，對無人機進行路徑規劃、電量狀態監控、指揮調度，極大程度提升無人機巡護監測效率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于國家公園及自然保護地的無人機巡護路徑規劃方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種用于國家公園及自然保護地的無人機巡護路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：輸入三維地形數據，生成一個有界的三維區域，在該區域上方空中設置路徑點，要求無人機遍歷所有路徑點后完成視覺覆蓋任務；

步驟2：以無人機飛行路徑為優化目標，添加無人機遍歷路徑點、無人機電量限制、無人機自助充電線路規劃的約束條件，建立無人機路徑規劃模型；

步驟3：在步驟2建立的無人機路徑規劃模型下，利用分枝定界算法并結合線性松弛和貪心算法進行求解，得到無人機的遍歷路徑。

在上述技術方案中，步驟2包括以下步驟：

步驟2.1：定義無人機的飛行路徑決策變量x_ij；

x_ij=1,表示無人機從路徑點i飛到路徑點j；

x_ij=0,表示無人機不會從路徑點i飛到路徑點j；