CN112362061A - 集群无人机路径指派方法、控制系统、存储介质及无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集群无人机路径规划技术领域，公开了一种集群无人机路径指派方法、控制系统、存储介质及无人机，根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。本发明适用于解决集群无人机编队飞行时，快速有效的计算出路径指派的问题，显著缩短了无人机路径变换的时间，提高了飞行的安全性，提高了路径变换的成功率。
Description
技术领域
本发明属于集群无人机路径规划技术领域，尤其涉及一种集群无人机路径指派方法、控制系统、存储介质及无人机。
背景技术
目前，在无人机灯光表演过程中，需要从一幅静态画面变换到另外一幅静态画面，在画面变换过程中，无人机的表演队形比较凌乱，一般对灯光进行灭灯处理。
由于无人机总的续航能力有限，为了增加无人机灯光表演的画面数量，提高无人机灯光表演的时长，需要尽量缩短无人机花费在路径变换过程中的时间。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)传统的路径指派方法存在着计算量巨大，计算时间长的问题，对于上千架次的无人机群表演，传统的路径指派方法计算一次需要数个小时的时间，很难在实际项目中应用。
(2)传统路径指派方法的计算结果仅为局部最优的问题，这样导致无人机群的路径变换时间过长，而且计算结果中大量存在路径交汇避让的情况，增加了无人机之间相互碰撞的风险。
(3)传统的路径指派方法无法处理一些复杂的路径变化问题，无人机群的路径变换成功率很低。
解决以上问题及缺陷的难度为：假设无人机编队的架数为N，那么无人机可能的指派方式有N！种，在求解这个指派的问题的时候，需要在N！个组合中找到最优的解，其计算量非常之大，按照传统的计算方式在有限的时间内根本无法计算完。同时，传统算法计算出来的指派结果使得无人机之间的交叉过多，增加了无人机相互碰撞的风险。因此，需要找到一种新的指派方式来求解上述问题。
解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提出了一种计算指派问题的方法，能够在数秒内计算出数千架次无人机路径变换的最优指派问题，同时能够尽量减少无人机之间的路径交叉，确保飞行的安全性。此外，在某些特殊情况下将无人机的目的地相互进行交换，提高路径变换的成功率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集群无人机路径指派方法、控制系统、存储介质及无人机。
本发明是这样实现的，一种集群无人机路径指派方法，所述集群无人机路径指派方法包括：
根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n，点阵中的每一个元素为无人机的三维位置坐标；
确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式，即随机交换目标点阵L2中两元素的位置，计算交换之后所有无人机的路径和，与交换之前所有无人机的路径和进行比较，如果路径和减少，则接受此次随机交换。
初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。
所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
进一步，所述的编号映射方式中，先达到目标点的无人机继续保存灭灯状态并悬停，直到最后一架无人机达目标点，整个画面的变化完成，开始灯光表演。
进一步，所述无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置中，无人机群在飞行过程中无人机群相互之间具有一定安全间距。
本发明的另一目的在于提供一种集群无人机路径指派控制系统，包括：
无人机位置点阵编号获取模块，用于根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；
编号映射方式获取模块，用于确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；
飞行方式获取模块，用于初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
路径变换模块，用于先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置；所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；
确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；
初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。
所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述方法。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述方法的无人机。
本发明的另一目的在于提供一种电脑终端，所述电脑终端用于实现所述集群无人机路径指派方法。
本发明的另一目的在于提供一种手机终端，所述手机终端用于实现所述集群无人机路径指派方法。
本发明的另一目的在于提供一种平板电脑终端，所述平板电脑终端用于实现所述集群无人机路径指派方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明所述方法能够快速计算出大架次无人机群表演的指派结果，使得无人机群的整体路径变换时间显著缩短，而且无人机群飞行路径交叉避让的情况大大减少，增加了无人机群的飞行安全性。本发明公开了一种集群无人机路径指派方法，该方法解决了现有路径指派方法存在的问题。本发明适用于解决集群无人机编队飞行时，快速有效的计算出路径指派的问题，显著缩短了无人机路径变换的时间，提高了飞行的安全性，提高了路径变换的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的集群无人机路径指派方法流程图。
图2是本发明实施例提供的集群无人机路径指派方法原理图。
图3(a)是本发明实施例提供的初始的无人机舞步阵列示意图。
图3(b)是本发明实施例提供的目标舞步阵列示意图。
图4是本发明实施例提供的在没有指派计算之前，各无人机的飞行距离的直方图。
图5是本发明实施例提供的经过指派运算之后，各无人机的飞行距离直方图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集群无人机路径指派方法、控制系统、存储介质及无人机，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的集群无人机路径指派方法包括以下具体步骤：
S101：根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n。
S102：确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式。
S103：初始位置点阵L1中的无人机按照步骤S102中的编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置。
S104：如果先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。
S105：所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
步骤S102中所述的编号映射方式，能够使得无人机群飞行路径中最长的无人机的路径足够短，有效减少无人机群的整体路径变换时间。无人机群在从一幅画面变化到另外一幅画面的过程中，有些无人机的飞行路径较短，会先到达目标点。有些无人机飞行路径较长，会更晚到达目标点。先达到目标点的无人机会继续保存灭灯状态并悬停，直到最后一架无人机达目标点，整个画面的变化才算完成，这时候才能开始灯光表演。因此，只有使得无人机群飞行路径中最长的无人机的路径足够短，才能缩短整体的路径变化时间。
步骤S103中所述的飞行方式，能够保证无人机群在飞行过程中尽量减少路径交叉的情况，无人机群相互之间保证安全间距不发生碰撞。
步骤S104中所述的交换方式，能够大大提高无人机群队形变换的成功率，有效缩短整体的编队变换时间。
图2是本发明实施例提供的集群无人机路径指派方法原理图。
本发明还提供一种集群无人机路径指派控制系统，包括：
无人机位置点阵编号获取模块，用于根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；
编号映射方式获取模块，用于确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；
飞行方式获取模块，用于初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
路径变换模块，用于先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置；所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
本发明能够快速生成大架次无人机表演时路径变换的最优指派结果。
本发明在路径计算的过程中按照实际情况交换无人机的方法。本发明显著缩短集群无人机表演时画幅之间路径变换花费的时间；本发明能够大大提高无人机群队形变换的成功率。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
以如图3所示两幅300架舞步队形变换为例，图3(a)为初始的无人机舞步阵列，图3(b)为目标舞步阵列。
在没有指派计算之前，各无人机的飞行距离的直方图如图4所示，最远的无人机飞行距离达到了140米，无人机总的飞行距离为15000米。
经过指派运算之后，各无人机的飞行距离直方图如图5所示，无人机中最远的飞行距离由140米减少为27m，同时，无人机飞行的总距离由15000米变为4254米，从而大幅缩减了无人机队形变换的时间。而且整个计算过程只需要0.85秒就完成了。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集群无人机路径指派方法，其特征在于，所述集群无人机路径指派方法包括：
根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵和无人机阵列的目标位置点阵，且无人机位置点阵的编号为1到n；
确定所述初始位置点阵中无人机到所述目标位置点阵中的编号映射方式；
所述初始位置点阵中的无人机按照所述编号映射方式飞往所述目标点阵中对应的位置；
先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。
所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
2.如权利要求1所述的集群无人机路径指派方法，其特征在于，所述的编号映射方式中，先达到目标点的无人机继续保存灭灯状态并悬停，直到最后一架无人机达目标点，整个画面的变化完成，开始灯光表演。
3.如权利要求1所述的集群无人机路径指派方法，其特征在于，所述无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置中，无人机群在飞行过程中无人机群相互之间具有一定安全间距。
4.一种实施权利要求1～3任意一项所述集群无人机路径指派方法的集群无人机路径指派控制系统，其特征在于，所述集群无人机路径指派控制系统包括：
无人机位置点阵编号获取模块，用于根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；
编号映射方式获取模块，用于确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；
飞行方式获取模块，用于初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
路径变换模块，用于先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置；所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
根据无人机阵列的形状和顺序，转换成无人机阵列的初始位置点阵L1和无人机阵列的目标位置点阵L2，且无人机位置点阵的编号为1到n；
确定初始位置点阵L1中无人机到目标位置点阵L2中的编号映射方式；
初始位置点阵L1中的无人机按照所述编号映射方式飞往目标点阵L2中对应的位置；
先到达目标点的无人机对后到达的无人机形成遮挡，则交换两无人机的目标点位置。
所有无人机都飞到目标位置，路径变换完成。
6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～3任意一项所述集群无人机路径指派方法。
7.一种实施权利要求1～3任意一项所述方法的无人机。
8.一种电脑终端，其特征在于，所述电脑终端用于实现权利要求1～3任意一项所述集群无人机路径指派方法。
9.一种手机终端，其特征在于，所述手机终端用于实现权利要求1～3任意一项所述集群无人机路径指派方法。
10.一种平板电脑终端，其特征在于，所述平板电脑终端用于实现权利要求1～3任意一项所述集群无人机路径指派方法。
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