本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種集群無人機航線規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

近年來，無人機技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事偵查、抗險救災(zāi)、農(nóng)林植保、電力巡線等領(lǐng)域，單一無人機作業(yè)工作效率低，耗時久，對于復(fù)雜作業(yè)較難滿足要求，因此，多臺無人機相互配合協(xié)同高效作業(yè)在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前多臺無人機協(xié)同作業(yè)的航線規(guī)劃多采用層次分解策略和多無人機任務(wù)分配法。

如申請?zhí)朿n201610639449.1公開了一種植保無人機多機作業(yè)航線規(guī)劃的方法，根據(jù)農(nóng)地坐標(biāo)參數(shù)規(guī)劃蛇形航線，將無人機群按照起飛先后順序排序，根據(jù)排序和飛行速度計算航線作業(yè)截點，將前一臺無人機的作業(yè)截點作為下一臺無人機的作業(yè)起點，這種方法需要精確計算作業(yè)截點，根據(jù)上一臺無人機傳回的數(shù)據(jù)來規(guī)劃航線，不能預(yù)先規(guī)劃出每一臺無人機的航線，具有一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種集群無人機航線規(guī)劃方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種集群無人機航線規(guī)劃方法，包括以下步驟：

(1)對飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，將無人機的飛行區(qū)域離散化劃分，區(qū)域劃分圖上的點為無人機可飛行節(jié)點；

(2)從飛行節(jié)點中為每一臺無人機選出一組節(jié)點，連接成飛行航線，得到多條飛行航線(航線a1，a2，a3......an，b1，b2，b3......bn，c1，c2，c3，......cn，......n1，n2，n3，.......nn)；

(3)根據(jù)每臺無人機的飛行起點選擇相應(yīng)的航線，組成每臺無人機的可選飛行航線集合{a1，a2，a3......an}，{b1，b2，b3......bn}，{c1，c2，c3，......cn}，.......{n1，n2，n3，.......nn}；

(4)利用蟻群算法為每一臺無人機規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無人機群的航線子集合{an，bn，cn，......nn}；

(5)計算每臺無人機到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時間tn，tn介于最短時間tmin和最長時間tmax之間；

(6)設(shè)定無人機群同時到達(dá)目標(biāo)的時間為t，根據(jù)每條航線路程ln確定每臺無人機的飛行速度vn；

(7)根據(jù)每臺無人機的飛行速度vn確定在任意時間點，每兩臺無人機之間的距離△s大于他們之間的最小安全距離d；

(8)對航線進(jìn)行平滑處理。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中的對飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，是建立三維空間模型，獲得安全飛行區(qū)域。

優(yōu)選的，所述無人機的飛行區(qū)域離散化劃分是以三維空間模型的局部面片法線與安全飛行區(qū)域的交點為依據(jù)構(gòu)建區(qū)域劃分圖。

優(yōu)選的，所述航線平滑處理的方法包括均值濾波和中值濾波中的至少一種。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明的涉及的一種集群無人機航線規(guī)劃方法，能夠提前規(guī)劃每一臺無人機的飛行作業(yè)航線，可用于解決多臺無人機在同空域同時作業(yè)時航線沖突，重復(fù)作業(yè)或部分區(qū)域無作業(yè)，飛行混亂的問題，使得航線規(guī)劃誤差小，飛行效果好，作業(yè)工作效率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明基于蟻群算法的無人機航線集示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

圖1和圖2出示本發(fā)明的具體實施方式：一種集群無人機航線規(guī)劃方法，包括以下步驟：

(1)對飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，將無人機的飛行區(qū)域離散化劃分，區(qū)域劃分圖上的點為無人機可飛行節(jié)點；

(2)從飛行節(jié)點中為每一臺無人機選出一組節(jié)點，連接成飛行航線，得到多條飛行航線(航線a1，a2，a3......an，b1，b2，b3......bn，c1，c2，c3，......cn，......n1，n2，n3，.......nn)；

(3)根據(jù)每臺無人機的飛行起點選擇相應(yīng)的航線，組成每臺無人機的可選飛行航線集合{a1，a2，a3......an}，{b1，b2，b3......bn}，{c1，c2，c3，......cn}，.......{n1，n2，n3，.......nn}；

(4)利用蟻群算法為每一臺無人機規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無人機群的航線子集合{an，bn，cn，......nn}；

(5)計算每臺無人機到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時間tn，tn介于最短時間tmin和最長時間tmax之間；

(6)設(shè)定無人機群同時到達(dá)目標(biāo)的時間為t，根據(jù)每條航線路程ln確定每臺無人機的飛行速度vn；

(7)根據(jù)每臺無人機的飛行速度vn確定在任意時間點，每兩臺無人機之間的距離△s大于他們之間的最小安全距離d；

(8)對航線進(jìn)行平滑處理。

本實施例中，所述步驟(1)中的對飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，是建立三維空間模型，獲得安全飛行區(qū)域。

本實施例中，所述無人機的飛行區(qū)域離散化劃分是以三維空間模型的局部面片法線與安全飛行區(qū)域的交點為依據(jù)構(gòu)建區(qū)域劃分圖。

本實施例中，所述航線平滑處理方法包括均值濾波和中值濾波中的至少一種。

本發(fā)明中涉及利用蟻群算法為每一臺無人機規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無人機群的航線子集合{an，bn，cn，......nn}；蟻群算法原理：螞蟻在巢穴附近隨機選擇一條路徑出發(fā)，經(jīng)過該條路徑時會留下生物信息素，其濃度與路徑的長度有關(guān)，路徑越短，留下的信息素濃度越大。當(dāng)螞蟻找到食物后原路返回，但螞蟻第二次再從巢穴出發(fā)尋找食物的時候就會根據(jù)路徑上的信息素濃度選擇路徑，如此反復(fù)多次的尋找食物，最終螞蟻會選擇信息素濃度最大即相對短的路徑。讓螞蟻群(即無人機群)從距離無人機飛行起點最近的節(jié)點出發(fā)，依據(jù)設(shè)定的螞蟻狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則選擇向前移動，直至到達(dá)飛行目標(biāo)終點，終點設(shè)定為距離目標(biāo)最近的節(jié)點。所有的螞蟻重復(fù)這一路徑過程直到結(jié)束，螞蟻走過的邊的信息素濃度增加，沒有走過的邊的信息素濃度減少，選擇信息素濃度最大的一條路徑作為飛行航線最短路徑。

基于上述，本發(fā)明的涉及的一種集群無人機航線規(guī)劃方法，能夠提前規(guī)劃每一臺無人機的飛行作業(yè)航線，可用于解決多臺無人機在同空域同時作業(yè)時航線沖突，重復(fù)作業(yè)或部分區(qū)域無作業(yè)，飛行混亂的問題，使得航線規(guī)劃誤差小，飛行效果好，作業(yè)工作效率高。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種集群無人機航線規(guī)劃方法，涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)對飛行區(qū)域空間建模，并離散化劃分；(2)從飛行節(jié)點中為每一臺無人機選出一組節(jié)點，連接成飛行航線；(3)根據(jù)每臺無人機的飛行起點選擇相應(yīng)的航線；(4)利用蟻群算法為每一臺無人機規(guī)劃出路徑最短的航線；(5)計算每臺無人機到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時間Tn；(6)設(shè)定無人機群同時到達(dá)目標(biāo)的時間為T，根據(jù)每條航線路程Ln確定每臺無人機的飛行速度Vn；(7)根據(jù)每臺無人機的飛行速度Vn確定在任意時間點，每兩臺無人機之間距離△S大于他們之間最小安全距離d；(8)對航線平滑處理，此方法，使得航線規(guī)劃誤差小，飛行效果好，作業(yè)工作效率高。

技術(shù)研發(fā)人員：陳秋婷;葉茂林;陳建偉
受保護的技術(shù)使用者：廣東容祺智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.09
技術(shù)公布日：2017.08.11