CN111984031B - 一种无人机路径规划方法、无人机及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机路径规划方法、无人机及存储介质，所述无人机路径规划方法包括：在无人机的上一个访问循环结束后，获取无人机在所述上一个访问循环中访问各个地面目标时接收的所述各个地面目标对应的运动信息，根据所述运动信息确定所述各个地面目标分别对应的第一位置；根据所述各个地面目标分别对应的第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序；根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径，以使得所述无人机在下一个访问循环中根据所述访问路径飞行，对所述各个地面目标进行再访问。本发明实现了自动规划无人机的飞行路径，保证无人机对各个地面目标均能实现再访问的效果。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机路径规划方法、无人机及存储介质。
背景技术
现实生活中存在很多需要大量资源在较大区域范围内进行空间移动和协同作业的复杂任务，在这些任务中，地面目标可以作为移动执行器执行各种具体操作，但是当地面目标需要在较大的复杂作业环境内分布式协作执行任务时，受限于自身的通信能力，它们会由于位置分散而无法获取其他地面目标的有效信息，在这种情形下，无人机可作为所有地面目标的信使，为地面目标提供临时的通信网络并不停传递信息，无人机和地面目标实现空地协同合作，在作业时长较长时，需要信使无人机多次对地面目标进行访问来获取和传递信息，目前，还没有一种能够自动规划无人机的飞行路径，使得信使无人机能够对所有的地面目标实现再访问的方法。
因此，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种无人机路径规划方法、无人机及存储介质，旨在解决现有技术中还没有在空地协同系统中自动规划无人机的飞行路径，保证信使无人机对所有的无人机实现再访问的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种无人机路径规划方法，所述方法包括：
在无人机的上一个访问循环结束后，获取无人机在所述上一个访问循环中访问各个地面目标时接收的所述各个地面目标对应的运动信息，根据所述运动信息确定所述各个地面目标分别对应的第一位置，其中，地面目标对应的所述运动信息包括所述地面目标的第二位置以及运动方向，地面目标对应的所述第一位置为所述地面目标从所述第二位置开始按照最大运动速度以及所述运动方向运动预设时长后到达的位置；
根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序；
根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径，以使得所述无人机在下一个访问循环中根据所述访问路径飞行，对所述各个地面目标进行再访问。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序包括：
建立第一集合和第二集合，其中，在初始状态下，第一集合包括所述各个地面目标对应的第一连线，其中，所述第一连线为地面目标与另一个地面目标之间的连线，所述第二集合为空集；
获取每个地面目标对应的第二连线，判断所述第二连线是否在所述第二集合中，根据不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线生成地面目标序列的一部分，并将不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，其中，所述第二连线为地面目标在所述第一集合中对应的所述第一连线中最短的连线；
遍历所述第一集合，将所述第一集合中能够使当前地面目标序列产生局部环路的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中；
重复执行所述获取每个地面目标对应的第二连线的步骤，直至所述第一集合变为空集，生成地面目标序列；
根据所述无人机与所述各个地面目标分别对应的各个第二位置之间的距离和所述地面目标序列生成所述访问顺序。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
根据所述访问顺序依次对所述各个地面目标进行访问；
当第二地面目标不为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的上一地面目标。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域存在相交区域时，获取所述相交区域的边界线上令第一距离最小的采样点作为所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置；
所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述再访问位置的Dubins路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一距离为所述无人机从当前位置飞到采样点的Dubins路径的距离与所述无人机从所述采样点飞到第三地面目标的Dubins路径的距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域不存在相交区域时，获取所述第二地面目标对应的第一交点和第二交点；
分别获取所述无人机从当前位置到所述第一交点需要的第一时长和所述无人机从所述第一交点到所述第二交点需要的第二时长；
根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一交点为所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线分别与所述第一通信区域和所述第二通信区域的交点。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
若所述第一时长和所述第二时长之和大于所述预设时长，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
若所述第一时长和所述第二时长之和不大于所述预设时长，则获取第二距离和第三距离，当所述第二距离小于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第一交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第二交点的Dubins路径，当所述第二距离大于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
其中，所述第二距离为所述无人机从所述第一交点飞向所述第二交点的Dubins路径距离与从所述第二交点飞向第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三距离为所述无人机从所述第二交点飞向所述第一交点的Dubins路径距离与从所述第一交点飞向所述第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述无人机的Dubins路径是根据所述无人机的预设曲率约束得到的。
所述的无人机路径规划方法，其中，所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
当所述第二地面目标为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述无人机在所述上一个访问循环中访问的最后一个地面目标。
本发明的第二方面，提供一种无人机，所述无人机包括处理器、与处理器通信连接的存储介质，所述存储介质适于存储多条指令，所述处理器适于调用所述存储介质中的指令，以执行实现上述任一项所述的无人机路径规划方法的步骤。
本发明的第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任一项所述的无人机路径规划方法的步骤。
与现有技术相比，本发明提供了一种无人机路径规划方法、无人机及存储介质，所述无人机路径规划方法中在无人机访问地面目标时，接收地面目标发送的运动信息，根据运动信息预测各个地面目标在无人机在上一次访问后在预设时长后能到达的最远位置，以及无人机上一次访问时的各个地面目标位置来确定下一次访问各个地面目标的访问顺序，根据访问顺序进一步确定访问路径，实现了自动规划无人机的飞行路径，保证无人机对各个地面目标均能实现再访问的效果。
附图说明
图1为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例的流程图；
图2为无人机访问地面目标的场景示意图；
图3为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例中确定访问顺序的示意图；
图4为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例中第一通信区域和第二通信区域的示意图一；
图5为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例中第一通信区域和第二通信区域的示意图二；
图6为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例中确定无人机对第二地面目标的访问路径的示意图一；
图7为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例中确定无人机对第二地面目标的访问路径的示意图二；
图8为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例的实际应用效果示意图一；
图9为本发明提供的无人机路径规划方法的实施例的实际应用效果示意图二；
图10为本发明提供的无人机的实施例的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明提供的无人机路径规划方法，可以是应用在无人机中，所述无人机可以通过本发明提供的无人机路径规划方法进行路径规划，对地面目标进行再访问，也可以是应用在安装在无人机上的装置中，所述装置可以通过本发明提供的无人机路径规划方法规划路径并发送至无人机，以使得所述无人机根据所述轨迹飞行，对地面目进行再访问。如图1所示，所述无人机路径规划方法的一个实施例中，包括步骤：
S100、在无人机的上一个访问循环结束后，获取无人机在所述上一个访问循环中访问各个地面目标时接收的所述各个地面目标对应的运动信息，根据所述运动信息确定所述各个地面目标分别对应的第一位置。
其中，地面目标对应的所述运动信息包括所述地面目标的第二位置以及运动方向，所述第一位置为所述地面目标从所述第二位置开始按照最大运动速度以及所述运动方向运动预设时长后到达的位置。
具体地，如图2所示，本发明提供的无人机路径规划方法的应用场景为无人机和地面目标的协同作业场景，无人机需要访问各个地面目标，具体地，在本实施例中，将所述无人机每次访问各个地面目标的过程称为一个循环，即每个循环中所述无人机对所述各个地面目标均访问一次，无人机每次完成一个循环后，根据本实施例提供的无人机路径规划方法规划下一循环中访问所述各个地面目标的路径。地面目标为所述无人机需要进行通信并采集信息的目标，地面目标可以为地面目标、机器人等，所述无人机访问地面目标是指所述无人机与地面目标进行通信，当所述无人机与地面目标正在通信时，即称为所述无人机正在访问该地面目标。每次无人机访问地面目标时，接收地面目标发送的运动信息，当然，无人机访问地面目标时，也可以接收地面目标发送的其他信息，例如与其他的地面目标或地面基站之间的协同作业信息等。地面目标对应的运动信息包括该地面目标的第二位置以及运动方向，所述第二位置是指地面目标与所述无人机进行通信时地面目标所在的位置，所述运动方向是指地面目标与所述无人机进行通信时的地面目标的运动方向，如图2所示，地面目标的运动方向可以为朝向任务地点的方向。地面目标对应的第一位置为该地面目标从所述第二位置开始按照最大运动速度以及所述运动方向运动预设时长后到达的位置，其中，最大运动速度为地面目标的速度极限，所述预设时长为预先设定的所述无人机对地面目标的最大再访问时间间隔，即，尽量使得所述无人机两次访问同一地面目标的时间差不超过所述预设时长。不难看出，所述第一位置为地面目标在所述无人机再次访问该地面目标时能够到达的最远位置。
S200、根据所述各个地面目标分别对应的第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序。
在获取到所述无人机上一次访问所述各个地面目标时所述各个地面目标分别对应的所述第二位置后，根据所述第二位置确定对所述各个地面目标下一次访问的访问顺序。所述根据所述各个地面目标分别对应的第二位置确定对对所述各个地面目标的访问顺序包括：
S210、建立第一集合和第二集合，其中，在初始状态下，第一集合包括所述各个地面目标对应的第一连线，其中，所述第一连线为地面目标与另一个地面目标之间的连线，所述第二集合为空集；
如图3所示，在获取到所述各个地面目标对应的第二位置后，将每个地面目标看做一个点，这样，每个地面目标可以与另一个地面目标形成一条连线，每条连线的长度根据连线对应的两个地面目标的第二位置确定，获取每个地面目标和其他的地面目标之间的连线，构成所述第一集合，不难看出，假设地面目标共有4个，那么会有34条连线。
S220、获取每个地面目标对应的第二连线，判断所述第二连线是否在所述第二集合中，根据不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线生成地面目标序列的一部分，并将不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，其中，所述第二连线为地面目标在所述第一集合中对应的所述第一连线中最短的连线；
地面目标序列是指所述访问顺序对应的序列，包括地面在步骤S220中，如图3所示，对于地面目标2来说，对应的第一连线有21、23、24、25、26、27共6条，其中最短的为26，对于地面目标3来说，对应的第一连线为31、32、34、35、36、37，其中最短的为32，那么，首先判断26、32是否在所述第二集合中，如不在，则将26、32从所述第一集合中删除，并将26、32加入到所述第二集合中，根据26、32生成地面目标序列的一部分，值得说明的是，每条连线对应的地面目标序列的一部分中两个地面目标的先后顺序是可以调整的，即根据26、32生成地面目标序列的一部分时，地面目标序列中的一部分为326或623。
S230、遍历所述第一集合，将所述第一集合中能够使当前地面目标序列产生局部环路的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中；
在根据了步骤S220生成了地面目标序列的一部分后，遍历所述第一集合，将所述第一集合中能够使当前地面目标序列产生局部环路的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，能够时当前地面目标序列产生局部环路的连线是指使得当前地面目标序列中不连续的地面目标之间的连线，例如，当前地面目标序列为326，那么将连线36以及连线63从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，当前地面目标序列为1754，那么将连线15、14、74、51、41、47从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中。
S240、重复执行所述获取每个地面目标对应的第二连线的步骤，直至所述第一集合变为空集，生成地面目标序列；
上述步骤S220、S230为一个循环，在步骤S230结束后，重复执行步骤S220，开始新的循环，直至所述第一集合变为空集，生成地面目标序列，如图3所示，生成的地面目标序列应为一个环形。
S250、根据所述无人机与所述各个地面目标分别对应的各个第二位置之间的距离和所述地面目标序列生成所述访问顺序。
生成地面目标序列后，获取所述无人机与所述各个地面目标分别对应的各个第二位置之间的距离，将距所述无人机最近的所述第二位置对应的地面目标作为所述访问顺序的第一个，所述访问顺序中其余的地面目标则按所述地面目标序列进行排列，对于如图3所示的地面序列，若所述无人机距离地面目标2较近，那么，生成的所述访问顺序应为2645713或2317546，可以确定其中的任一种作为所述访问顺序。
请再次参阅图1，在获取所述访问顺序后，所述无人机路径规划方法还包括步骤：
S300、根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径，以使得所述无人机在下一个访问循环中根据所述访问路径飞行，对所述各个地面目标进行再访问。
所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
根据所述访问顺序依次对所述各个地面目标进行访问；
当第二地面目标不为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对搜书第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的上一地面目标。
所述无人机规划所述访问路径是与对所述各个地面目标的访问实时进行的，也就是说，所述无人机访问完所述访问顺序中的一个地面目标后，实时规划所述无人机访问所述访问顺序中的下一个地面目标的访问路径。
具体地，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，获取所述无人机的当前位置，所述当前位置为所述无人机对所述第一地面目标访问结束开始规划对下一地面目标(即所述第二地面目标)的访问路径时所述无人机所处的位置，所述所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域存在相交区域时，获取所述相交区域的边界线上令第一距离最小的采样点作为所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置；
所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述再访问位置的Dubins路径。
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一距离为所述无人机从当前位置飞到采样点的Dubins路径的距离与所述无人机从所述采样点飞到第三地面目标的Dubins路径的距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
在本实施例中，地面目标的模型为二维平面上具有圆形通信区域的动点，地面目标的通信区域为以地面目标为圆心，预设值为半径的圆。如图4所示，所述第二地面目标在第一位置时的通信区域D(t0)(即所述第一通信区域)和所述第二地面目标在第二位置时的通信区域D(t0+Δtmax)(即所述第二通信区域)存在相交区域S，其中，t0为所述无人机上一次访问该地面目标时的时刻，Δtmax为所述预设时长。那么，当所述无人机对所述第二地面目标的上一个地面目标访问完成后，是获取所述第一通信区域和所述第二通信区域的相交区域中的各个采样点对应的第一距离，其中，采样点为所述相交区域的边界线上的点，可以将所述相交区域的边界线上的所有点作为采样点，也可以只获取所述相交区域的边界线上的部分点作为采样点，采样点对应的所述第一距离为所述无人机从当前位置飞到该采样点的Dubins路径的距离与所述无人机从该采样点飞到下一地面目标的Dubins路径的距离之和，具体地，在本实施例中，无人机的模型为二维Dubins模型，即，所述无人机的飞行路径为满足预设的曲率约束的二维Dubins曲线，在确定两点之后，就可以根据所述无人机的预设曲率约束得到所述无人机在两点之间的Dubins路径。根据所述无人机的所述当前位置、采样点的位置、所述第三地面目标的位置可以得到所述无人机从所述当前位置飞向该采样点的Dubins路径以及从该采样点飞向所述第三地面目标的Dubins路径，从而得到该采样点对应的所述第一距离。在获取所述第一距离时，所述第三地面目标的位置可以为所述第三地面目标对应的所述第一位置或所述第三地面目标对应的所述第二位置。在获取了各个采样点分别对应的所述第一距离后，选取最远的第一距离对应的采样点作为所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置。所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述再访问位置的Dubins路径。
所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径还包括：
所述当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域存在相交区域时，获取所述第二地面目标对应的第一交点和第二交点；
分别获取所述无人机从当前位置到所述第一交点需要的第一时长和所述无人机从所述第一交点到所述第二交点需要的第二时长；
根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一交点为所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线分别与所述第一通信区域和所述第二通信区域的交点。
如图5所示，所述第二地面目标在第一位置时的通信区域D(t0)(即所述第一通信区域)和所述第二地面目标在第二位置时的通信区域D(t0+Δtmax)(即所述第二通信区域)不存在相交区域，其中，t0为所述无人机上一次访问该地面目标时的时刻，Δtmax为所述预设时长，那么，获取所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线与所述第一通信区域的交点P1和所述所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线与所述第一通信区域的交点P2，所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置在线段P1P2上，并分别获取所述无人机从所述当前位置到所述第一交点需要的第一时长ΔtP1和所述无人机从所述第一交点到所述第二交点需要的第二时长Δt1，根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径。
所述根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
若所述第一时长和所述第二时长之和大于所述预设时长，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
若所述第一时长和所述第二时长之和小于所述预设时长，则获取第二距离和第三距离，当所述第二距离小于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第一交点再到所述第二交点，当所述第二距离大于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径。
具体地，当所述第一时长和所述第二时长之和大于所述预设时长，即ΔtP1+Δt1>Δtmax，那么所述无人机可能在访问完所述第一地面目标后产生了丢失地面目标的现象，此时所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线飞往所述第一交点的Dubins路径。
当所述第一时长和所述第二时长之和不大于所述预设时长，即ΔtP1+Δt1≤Δtmax，那么获取第二距离和第三距离，所述第二距离为所述无人机从所述第一交点飞向所述第二交点的Dubins路径距离与从所述第二交点飞向第三地面目标(所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标)的Dubins路径距离之和，所述第三距离为所述无人机从所述第二交点飞向所述第一交点的Dubins路径距离与从所述第一交点飞向所述第三地面目标的Dubins路径距离之和。前面已经说明，无人机的模型为二维Dubins模型，即，所述无人机的飞行路径为满足预设的曲率约束的二维Dubins曲线，在确定两点之后，可以根据所述无人机的预设曲率约束得到所述无人机在两点之间的Dubins路径。根据所述无人机的所述当前位置、所述第一交点的位置、所述第二交点的位置以及所述第三地面目标的位置可以得到所述所述无人机从所述第一交点飞向所述第二交点的Dubins路径、所述无人机从所述第二交点飞向第三地面目标的Dubins路径以及所述无人机从所述第一交点飞向所述第三地面目标的Dubins路径，从而得到所述第二距离和所述第三距离。在获取所述第二距离和所述第三距离时，所述第三地面目标的位置可以为所述第三地面目标对应的所述第一位置或所述第三地面目标对应的所述第二位置。
如图6-7所示，若所述第二距离小于所述第三距离，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第一交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第二交点的Dubins路径，若所述第二距离大于所述第三距离，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径。
值得说明的是，在本实施例中，对于所述无人机的Dubins路径，均是根据预设曲率约束得到的，也就是说，在本实施例的技术方案中，所述无人机始终在所述预设曲率约束下飞行。
所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径还包括：
当所述第二地面目标为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述无人机在所述上一个访问循环中访问的最后一个地面目标。
使用Matlab编程环境，对本实施例提供的无人机路径规划方法进行验证，实际验证结果如下：
在一次试验中，设置无人机循环访问地面目标的次数为3次，无人机初始位置坐标：(50，0)，无人机初始朝向：无人机的最小转弯半径：5m，无人机的飞行速度：15m/s；地面目标的通信区域半径为5m；五个地面目标的初始位置坐标及运动速度为，1号地面目标(UGV1)：(100m，10m),(-0.4m/s，0.4m/s)；2号地面目标(UGV2)：(10m，30m),(0.5m/s，0.5m/s)；3号地面目标(UGV3)：(-20m，20m)，(0m/s，-0.8m/s)；4号地面目标(UGV4)：(20，-30)，(0.5m/s，-0.5m/s)；5号地面目标(UGV5)：(100m，-20m),(-0.5m/s，-0.3m/s)。
可得到无人机的路径规划结构如图8。无人机的总航程为947.8368m，三个循环中无人机对地面目标的访问顺序为32514-12534-12534。可以看出，无人机在每一个循环中都成功遍历了每一个地面目标；无人机能根据地面目标位置的变化，动态调整每一个循环对地面目标的访问顺序，从而尽可能缩短总航程；无人机对地面目标的运动做出了正确的预测，无论是地面目标的第一通信区域和第二通信区域是否存在交集，无人机都能成功对地面目标进行再访。
在另一次试验中，将地面目标的通信半径扩大为8m，其余参数与上面的试验相同。可得到无人机的航迹规划结构如图9。无人机的总航程为866.7473m，三个循环中无人机对地面目标的访问顺序为32514-12534-12534。可以看出随着地面目标通信半径的扩大，可供无人机选取的候选访问位置增多，无人机的总航程也相应缩短。同时，无人机在每一个循环中都成功遍历了每一个地面目标。
综上所述，本实施例提供一种无人机路径规划方法，所述无人机路径规划方法中在无人机访问地面目标时，接收地面目标发送的运动信息，根据运动信息预测各个地面目标在无人机在上一次访问后在预设时长后能到达的最远位置，以及无人机上一次访问时的各个地面目标位置来确定下一次访问各个地面目标的访问顺序，根据访问顺序进一步确定访问路径，实现了自动规划无人机的飞行路径，保证无人机对各个地面目标均能实现再访问的效果。
应该理解的是，本发明中给出的步骤并不是必然按照说明的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，其中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
实施例二
基于上述实施例，本发明还相应提供了一种无人机，如图10所示所述无人机包括处理器10以及存储器20。图10仅示出了无人机的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
所述存储器20在一些实施例中可以是所述无人机的内部存储单元，例如无人机的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述无人机的外部存储设备，例如所述无人机上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述无人机的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述无人机的应用软件及各类数据。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有无人机路径规划程序30，该无人机路径规划程序30可被处理器10所执行，从而实现本申请中无人机路径规划方法。
所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述无人机路径规划方法等。
在一实施例中，当处理器10执行所述存储器20中无人机路径规划程序30时实现以下步骤：
在无人机的上一个访问循环结束后，获取无人机在所述上一个访问循环中访问各个地面目标时接收的所述各个地面目标对应的运动信息，根据所述运动信息确定所述各个地面目标分别对应的第一位置，其中，地面目标对应的所述运动信息包括所述地面目标的第二位置以及运动方向，地面目标对应的所述第一位置为所述地面目标从所述第二位置开始按照最大运动速度以及所述运动方向运动预设时长后到达的位置；
根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序；
根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径，以使得所述无人机在下一个访问循环中根据所述访问路径飞行，对所述各个地面目标进行再访问。
其中，所述根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序包括：
建立第一集合和第二集合，其中，在初始状态下，第一集合包括所述各个地面目标对应的第一连线，其中，所述第一连线为地面目标与另一个地面目标之间的连线，所述第二集合为空集；
获取每个地面目标对应的第二连线，判断所述第二连线是否在所述第二集合中，根据不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线生成地面目标序列的一部分，并将不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，其中，所述第二连线为地面目标在所述第一集合中对应的所述第一连线中最短的连线；
遍历所述第一集合，将所述第一集合中能够使当前地面目标序列产生局部环路的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中；
重复执行所述获取每个地面目标对应的第二连线的步骤，直至所述第一集合变为空集，生成地面目标序列；
根据所述无人机与所述各个地面目标分别对应的各个第二位置之间的距离和所述地面目标序列生成所述访问顺序。
其中，所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
根据所述访问顺序依次对所述各个地面目标进行访问；
当第二地面目标不为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的上一地面目标。
其中，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域存在相交区域时，获取所述相交区域的边界线上令第一距离最小的采样点作为所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置；
所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述再访问位置的Dubins路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一距离为所述无人机从当前位置飞到采样点的Dubins路径的距离与所述无人机从所述采样点飞到第三地面目标的Dubins路径的距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
其中，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域不存在相交区域时，获取所述第二地面目标对应的第一交点和第二交点；
分别获取所述无人机从当前位置到所述第一交点需要的第一时长和所述无人机从所述第一交点到所述第二交点需要的第二时长；
根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一交点为所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线分别与所述第一通信区域和所述第二通信区域的交点。
其中，所述根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
若所述第一时长和所述第二时长之和大于所述预设时长，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
若所述第一时长和所述第二时长之和不大于所述预设时长，则获取第二距离和第三距离，当所述第二距离小于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第一交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第二交点的Dubins路径，当所述第二距离大于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
其中，所述第二距离为所述无人机从所述第一交点飞向所述第二交点的Dubins路径距离与从所述第二交点飞向第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三距离为所述无人机从所述第二交点飞向所述第一交点的Dubins路径距离与从所述第一交点飞向所述第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
其中，所述无人机的Dubins路径是根据所述无人机的预设曲率约束得到的。
其中，所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
当所述第二地面目标为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述无人机在所述上一个访问循环中访问的最后一个地面目标。
实施例三
本发明还提供一种存储介质，其中，存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的无人机路径规划方法的步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种无人机路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：
在无人机的上一个访问循环结束后，获取无人机在所述上一个访问循环中访问各个地面目标时接收的所述各个地面目标对应的运动信息，根据所述运动信息确定所述各个地面目标分别对应的第一位置，其中，地面目标对应的所述运动信息包括所述地面目标的第二位置以及运动方向，地面目标对应的所述第一位置为所述地面目标从所述第二位置开始按照最大运动速度以及所述运动方向运动预设时长后到达的位置；
根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序；
根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径，以使得所述无人机在下一个访问循环中根据所述访问路径飞行，对所述各个地面目标进行再访问；
所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
根据所述访问顺序依次对所述各个地面目标进行访问；
当第二地面目标不为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的上一地面目标。
2.根据权利要求1所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述根据所述各个地面目标分别对应的所述第二位置确定对所述各个地面目标的访问顺序包括：
建立第一集合和第二集合，其中，在初始状态下，第一集合包括所述各个地面目标对应的第一连线，其中，所述第一连线为地面目标与另一个地面目标之间的连线，所述第二集合为空集；
获取每个地面目标对应的第二连线，判断所述第二连线是否在所述第二集合中，根据不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线生成地面目标序列的一部分，并将不在所述第二集合中的所述第二连线中最短的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中，其中，所述第二连线为地面目标在所述第一集合中对应的所述第一连线中最短的连线；
遍历所述第一集合，将所述第一集合中能够使当前地面目标序列产生局部环路的连线从所述第一集合中删除并加入所述第二集合中；
重复执行所述获取每个地面目标对应的第二连线的步骤，直至所述第一集合变为空集，生成地面目标序列；
根据所述无人机与所述各个地面目标分别对应的各个第二位置之间的距离和所述地面目标序列生成所述访问顺序。
3.根据权利要求2所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域存在相交区域时，获取所述相交区域的边界线上令第一距离最小的采样点作为所述无人机对所述第二地面目标的再访问位置；
所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述再访问位置的Dubins路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一距离为所述无人机从当前位置飞到采样点的Dubins路径的距离与所述无人机从所述采样点飞到第三地面目标的Dubins路径的距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
4.根据权利要求2所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述根据所述无人机的当前位置以及第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
当所述第二地面目标对应的第一通信区域和第二通信区域不存在相交区域时，获取所述第二地面目标对应的第一交点和第二交点；
分别获取所述无人机从当前位置到所述第一交点需要的第一时长和所述无人机从所述第一交点到所述第二交点需要的第二时长；
根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径；
其中，所述第一通信区域和所述第二通信区域为所述第二地面目标分别在对应的所述第一位置和所述第二位置时的通信区域，所述第一交点为所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置的连线分别与所述第一通信区域和所述第二通信区域的交点。
5.根据权利要求4所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述根据所述第一时长和所述第二时长确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径包括：
若所述第一时长和所述第二时长之和大于所述预设时长，则确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
若所述第一时长和所述第二时长之和不大于所述预设时长，则获取第二距离和第三距离，当所述第二距离小于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第一交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第二交点的Dubins路径，当所述第二距离大于所述第三距离时，确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径为从所述当前位置到所述第二交点再沿所述第一交点和所述第二交点的连线到所述第一交点的Dubins路径；
其中，所述第二距离为所述无人机从所述第一交点飞向所述第二交点的Dubins路径距离与从所述第二交点飞向第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三距离为所述无人机从所述第二交点飞向所述第一交点的Dubins路径距离与从所述第一交点飞向所述第三地面目标的Dubins路径距离之和，所述第三地面目标为所述访问顺序中所述第二地面目标的下一地面目标。
6.根据权利要求3或5所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述无人机的Dubins路径是根据所述无人机的预设曲率约束得到的。
7.根据权利要求1所述的无人机路径规划方法，其特征在于，所述根据所述访问顺序以及所述第一位置规划访问路径包括：
当所述第二地面目标为所述访问顺序中的第一个地面目标时，在所述无人机对第一地面目标访问结束后，根据所述无人机的当前位置以及所述第二地面目标对应的所述第一位置和所述第二位置确定所述无人机对所述第二地面目标的访问路径，其中，所述第一地面目标为所述无人机在所述上一个访问循环中访问的最后一个地面目标。
8.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：处理器、与处理器通信连接的存储介质，所述存储介质适于存储多条指令，所述处理器适于调用所述存储介质中的指令，以执行实现上述权利要求1-7任一项所述的无人机路径规划方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-7任一项所述的无人机路径规划方法的步骤。
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