CN115454148A - 固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法、介质及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法、介质及装置，所述方法包括如下步骤：S1，给定规划区域，并计算规划区域的最长边；S2，基于规划区域的最长边，计算区域覆盖所需路径的总长度；S3，基于区域覆盖所需路径的总长度以及所需无人机数量、每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时，协同分配每架无人机各自的规划航路。本发明设计合理、高效，能有效地利用集群中每个无人机的潜力，协同解决区域覆盖的路径规划时无人机机头转向困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机路径规划技术领域，具体而言，涉及一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法、介质及装置。
背景技术
无人机具有行动灵活，方便快捷等特点，被广泛地应用于民用和军事领域。无人机在执行任务的过程中，路径规划是一个重要的环节，需要无人机在躲避障碍物的前提下，沿着某一路径由起点飞向终点。区域覆盖就是其中一类经典的路径规划问题，主要是从起点开始遍历目标区域内所有点并且避开障碍物的规划路径。
随着无人机技术的持续发展和不断降低的成本，无人机解决区域覆盖问题的实际应用十分广泛，例如在农业中使用无人机执行农药的喷洒，使得耕地内的农作物可以全覆盖农药；在地理测绘中在高寒或高海拔区域使用无人机替代人力完成全景测绘工作；在地震灾后救援中在受灾区域使用无人机搜救被困人员等。
当目标区域范围过大时，单架无人机区域覆盖耗时过长，电池能耗大，剩余飞行时间不足，飞行范围受限等问题，无法独自完成任务。因此，需要借助多无人机组成集群通过自主协同的方式来解决实际问题。然而，在实际场景中部署的固定翼无人机机头转向是需要考虑的一个重要因素，现有方法并未对这个因素给予适当回应。
发明内容
本发明旨在提供一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法、介质及装置，以解决在区域覆盖路径规划中固定翼集群无人机机头转向困难的问题。
本发明提供的一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，包括如下步骤：
S1，给定规划区域，并计算规划区域的最长边；
S2，基于规划区域的最长边，计算区域覆盖所需路径的总长度；
S3，基于区域覆盖所需路径的总长度以及所需无人机数量、每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时，协同分配每架无人机各自的规划航路。
进一步地，步骤S1中计算规划区域的最长边的方法为：
给定的规划区域近似拟合成多边形；
依次计算拟合多边形相邻顶点之间的距离，得到规划区域的最长边。
进一步地，步骤S2中计算区域覆盖所需路径的总长度的方法为：
基于规划区域的最长边，再结合无人机所需完成的实际任务和无人机的转弯半径来确定路径间隔，生成使得固定翼无人机转向次数最少的区域覆盖所需路径，并计算得到区域覆盖所需路径的总长度。
进一步地，所述无人机所需完成的实际任务包括：
农业中使用无人机执行农药的喷洒时，路径间隔和农药的喷洒宽度有关；
地理测绘中在高寒或高海拔区域使用无人机全景测绘工作时，路径间隔和无人机测绘视野场宽度有关；
地震灾后救援中使用无人机搜救被困人员时，路径间隔和无人机携带侦察载荷并在侦察高度飞行的传感器覆盖宽度有关。
进一步地，步骤S3中协同分配每架无人机各自的规划航路时，有耗时最短模式和满负荷任务模式。
进一步地，当采用耗时最短模式时，在无人机数量固定的情况下，满足每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时的条件，平均分配任务路径，同时完成任务，耗时最短。
进一步地，当采用满负荷任务模式时，在无人机数量固定的情况下，在满足每架无人机任务起始点和任务时间限制的条件下，充分运用每架无人机的剩余航时，满负荷规划每架无人机的航路，协同分配任务路径。
进一步地，所述协同分配任务路径包括：
充分运用每架无人机的剩余航时的同时，在区域覆盖完的基础上，对重点区域进行二次覆盖。
本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法。
本发明还提供一种计算装置，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明设计合理、高效，能有效地利用集群中每个无人机的潜力，协同解决区域覆盖的路径规划时无人机机头转向困难的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例中固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法的流程图。
图2为本发明实施例中耗时最短模式的示意图。
图3为本发明实施例中满负荷任务模式的示意图。
图2、图3中，横轴和纵轴分别为任务区域所在平面的坐标轴，单位为米。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，包括如下步骤：
S1，给定规划区域，并计算规划区域的最长边；
固定翼集群无人机需要进行区域覆盖路径规划时，计算规划区域的最长边的方法为：
给定的规划区域近似拟合成多边形；
依次计算拟合多边形相邻顶点之间的距离，得到规划区域的最长边。
S2，基于规划区域的最长边，计算区域覆盖所需路径的总长度：
基于规划区域的最长边，再结合无人机所需完成的实际任务和无人机的转弯半径来确定路径间隔，生成使得固定翼无人机转向次数最少的区域覆盖所需路径，并计算得到区域覆盖所需路径的总长度。
其中，所述无人机所需完成的实际任务包括：
农业中使用无人机执行农药的喷洒时，路径间隔和农药的喷洒宽度有关；
地理测绘中在高寒或高海拔区域使用无人机全景测绘工作时，路径间隔和无人机测绘视野场宽度有关；
地震灾后救援中使用无人机搜救被困人员时，路径间隔和无人机携带侦察载荷并在侦察高度飞行的传感器覆盖宽度有关。
S3，基于区域覆盖所需路径的总长度以及所需无人机数量、每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时，协同分配每架无人机各自的规划航路。本实施例中，协同分配每架无人机各自的规划航路时有两种任务模式，分别为耗时最短模式和满负荷任务模式。
如图2所示，当采用耗时最短模式时，在无人机数量固定的情况下，满足每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时的条件，平均分配任务路径，同时完成任务，耗时最短。
如图3所示，当采用满负荷任务模式时，在无人机数量固定的情况下，在满足每架无人机任务起始点和任务时间限制的条件下，充分运用每架无人机的剩余航时，满负荷规划每架无人机的航路，协同分配任务路径。其中，所述协同分配任务路径包括：充分运用每架无人机的剩余航时的同时，在区域覆盖完的基础上，对重点区域进行二次覆盖。
由此，本发明设计合理、高效，能有效地利用集群中每个无人机的潜力，协同解决区域覆盖的路径规划时无人机机头转向困难的问题。
此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法。计算机存储介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机存储介质也可以分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。
此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，给定规划区域，并计算规划区域的最长边；
S2，基于规划区域的最长边，计算区域覆盖所需路径的总长度；
S3，基于区域覆盖所需路径的总长度以及所需无人机数量、每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时，协同分配每架无人机各自的规划航路。
2.根据权利要求1所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤S1中计算规划区域的最长边的方法为：
给定的规划区域近似拟合成多边形；
依次计算拟合多边形相邻顶点之间的距离，得到规划区域的最长边。
3.根据权利要求1所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤S2中计算区域覆盖所需路径的总长度的方法为：
基于规划区域的最长边，再结合无人机所需完成的实际任务和无人机的转弯半径来确定路径间隔，生成使得固定翼无人机转向次数最少的区域覆盖所需路径，并计算得到区域覆盖所需路径的总长度。
4.根据权利要求3所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，所述无人机所需完成的实际任务包括：
农业中使用无人机执行农药的喷洒时，路径间隔和农药的喷洒宽度有关；
地理测绘中在高寒或高海拔区域使用无人机全景测绘工作时，路径间隔和无人机测绘视野场宽度有关；
地震灾后救援中使用无人机搜救被困人员时，路径间隔和无人机携带侦察载荷并在侦察高度飞行的传感器覆盖宽度有关。
5.根据权利要求1所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤S3中协同分配每架无人机各自的规划航路时，有耗时最短模式和满负荷任务模式。
6.根据权利要求5所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，当采用耗时最短模式时，在无人机数量固定的情况下，满足每架无人机任务起始点、任务时间限制和每架无人机剩余航时的条件，平均分配任务路径，同时完成任务，耗时最短。
7.根据权利要求5所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，当采用满负荷任务模式时，在无人机数量固定的情况下，在满足每架无人机任务起始点和任务时间限制的条件下，充分运用每架无人机的剩余航时，满负荷规划每架无人机的航路，协同分配任务路径。
8.根据权利要求7所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法，其特征在于，所述协同分配任务路径包括：
充分运用每架无人机的剩余航时的同时，在区域覆盖完的基础上，对重点区域进行二次覆盖。
9.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-8中任一权利要求所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法。
10.一种计算装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-8中任一权利要求所述的固定翼集群无人机区域覆盖路径规划方法。
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