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

背景技術(shù)：

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事偵查、抗險(xiǎn)救災(zāi)、農(nóng)林植保、電力巡線等領(lǐng)域，單一無(wú)人機(jī)作業(yè)工作效率低，耗時(shí)久，對(duì)于復(fù)雜作業(yè)較難滿足要求，因此，多臺(tái)無(wú)人機(jī)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(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)的航線規(guī)劃多采用層次分解策略和多無(wú)人機(jī)任務(wù)分配法。

如申請(qǐng)?zhí)朿n201610639449.1公開(kāi)了一種植保無(wú)人機(jī)多機(jī)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(wú)人機(jī)群按照起飛先后順序排序，根據(jù)排序和飛行速度計(jì)算航線作業(yè)截點(diǎn)，將前一臺(tái)無(wú)人機(jī)的作業(yè)截點(diǎn)作為下一臺(tái)無(wú)人機(jī)的作業(yè)起點(diǎn)，這種方法需要精確計(jì)算作業(yè)截點(diǎn)，根據(jù)上一臺(tái)無(wú)人機(jī)傳回的數(shù)據(jù)來(lái)規(guī)劃航線，不能預(yù)先規(guī)劃出每一臺(tái)無(wú)人機(jī)的航線，具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種集群無(wú)人機(jī)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(xiàng)缺陷。

為實(shí)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(wú)人機(jī)航線規(guī)劃方法，包括以下步驟：

(1)對(duì)飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，將無(wú)人機(jī)的飛行區(qū)域離散化劃分，區(qū)域劃分圖上的點(diǎn)為無(wú)人機(jī)可飛行節(jié)點(diǎn)；

(2)從飛行節(jié)點(diǎn)中為每一臺(tái)無(wú)人機(jī)選出一組節(jié)點(diǎn)，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(tái)無(wú)人機(jī)的飛行起點(diǎn)選擇相應(yīng)的航線，組成每臺(tái)無(wú)人機(jī)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(tái)無(wú)人機(jī)規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無(wú)人機(jī)群的航線子集合{an，bn，cn，......nn}；

(5)計(jì)算每臺(tái)無(wú)人機(jī)到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時(shí)間tn，tn介于最短時(shí)間tmin和最長(zhǎng)時(shí)間tmax之間；

(6)設(shè)定無(wú)人機(jī)群同時(shí)到達(dá)目標(biāo)的時(shí)間為t，根據(jù)每條航線路程ln確定每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度vn；

(7)根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度vn確定在任意時(shí)間點(diǎn)，每?jī)膳_(tái)無(wú)人機(jī)之間的距離△s大于他們之間的最小安全距離d；

(8)對(duì)航線進(jìn)行平滑處理。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中的對(duì)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(wú)人機(jī)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(diǎn)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(wú)人機(jī)航線規(guī)劃方法，能夠提前規(guī)劃每一臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行作業(yè)航線，可用于解決多臺(tái)無(wú)人機(jī)在同空域同時(shí)作業(yè)時(shí)航線沖突，重復(fù)作業(yè)或部分區(qū)域無(wú)作業(yè)，飛行混亂的問(wèn)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(shuō)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(wú)人機(jī)航線集示意圖。

具體實(shí)施方式

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

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

(1)對(duì)飛行區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間建模，將無(wú)人機(jī)的飛行區(qū)域離散化劃分，區(qū)域劃分圖上的點(diǎn)為無(wú)人機(jī)可飛行節(jié)點(diǎn)；

(2)從飛行節(jié)點(diǎn)中為每一臺(tái)無(wú)人機(jī)選出一組節(jié)點(diǎn)，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(tái)無(wú)人機(jī)的飛行起點(diǎn)選擇相應(yīng)的航線，組成每臺(tái)無(wú)人機(jī)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(tái)無(wú)人機(jī)規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無(wú)人機(jī)群的航線子集合{an，bn，cn，......nn}；

(5)計(jì)算每臺(tái)無(wú)人機(jī)到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時(shí)間tn，tn介于最短時(shí)間tmin和最長(zhǎng)時(shí)間tmax之間；

(6)設(shè)定無(wú)人機(jī)群同時(shí)到達(dá)目標(biāo)的時(shí)間為t，根據(jù)每條航線路程ln確定每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度vn；

(7)根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度vn確定在任意時(shí)間點(diǎn)，每?jī)膳_(tái)無(wú)人機(jī)之間的距離△s大于他們之間的最小安全距離d；

(8)對(duì)航線進(jìn)行平滑處理。

本實(shí)施例中，所述步驟(1)中的對(duì)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(shí)施例中，所述無(wú)人機(jī)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(diǎn)為依據(jù)構(gòu)建區(qū)域劃分圖。

本實(shí)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(tái)無(wú)人機(jī)規(guī)劃出路徑最短的航線，組成無(wú)人機(jī)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(jī)選擇一條路徑出發(fā)，經(jīng)過(guò)該條路徑時(shí)會(huì)留下生物信息素，其濃度與路徑的長(zhǎng)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?gòu)某惭ǔ霭l(fā)尋找食物的時(shí)候就會(huì)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(huì)選擇信息素濃度最大即相對(duì)短的路徑。讓螞蟻群(即無(wú)人機(jī)群)從距離無(wú)人機(jī)飛行起點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)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(dòng)，直至到達(dá)飛行目標(biāo)終點(diǎn)，終點(diǎn)設(shè)定為距離目標(biāo)最近的節(jié)點(diǎn)。所有的螞蟻重復(fù)這一路徑過(guò)程直到結(jié)束，螞蟻?zhàn)哌^(guò)的邊的信息素濃度增加，沒(méi)有走過(guò)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(wú)人機(jī)航線規(guī)劃方法，能夠提前規(guī)劃每一臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行作業(yè)航線，可用于解決多臺(tái)無(wú)人機(jī)在同空域同時(shí)作業(yè)時(shí)航線沖突，重復(fù)作業(yè)或部分區(qū)域無(wú)作業(yè)，飛行混亂的問(wèn)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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種集群無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃方法，涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)對(duì)飛行區(qū)域空間建模，并離散化劃分；(2)從飛行節(jié)點(diǎn)中為每一臺(tái)無(wú)人機(jī)選出一組節(jié)點(diǎn)，連接成飛行航線；(3)根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行起點(diǎn)選擇相應(yīng)的航線；(4)利用蟻群算法為每一臺(tái)無(wú)人機(jī)規(guī)劃出路徑最短的航線；(5)計(jì)算每臺(tái)無(wú)人機(jī)到達(dá)每條航線目標(biāo)所需要的時(shí)間Tn；(6)設(shè)定無(wú)人機(jī)群同時(shí)到達(dá)目標(biāo)的時(shí)間為T，根據(jù)每條航線路程Ln確定每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度Vn；(7)根據(jù)每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行速度Vn確定在任意時(shí)間點(diǎn)，每?jī)膳_(tái)無(wú)人機(jī)之間距離△S大于他們之間最小安全距離d；(8)對(duì)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(hù)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