一种空天地对地观测的区域任务分解方法技术

本发明专利技术提供了一种空天地对地观测的区域任务分解方法，包括：根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务；根据所述各子任务之间的位置关系，将所述区域任务分解为元任务。本发明专利技术将区域任务分解为可由四类观测资源联合观测的元任务，能够适应当前空天地一体化的发展趋势和协同观测需求。由于考虑了观测资源的承载能力以及任务的时间约束条件，有效地避免了网格分解方法中任务边界的空间误差，有效地降低了元任务的数量规模，从而极大地提高了后续对元任务的分配效率。

A method of regional task decomposition for air to ground observation

The present invention provides a method, a task decomposition of regional space ground for earth observation includes: according to the time constraints of regional task decomposition for the observation of resource observation sub task; according to the relationship between the position of the sub task, the task decomposition for meta task area. The present invention decomposes the regional task into a meta task which can be jointly observed by four kinds of observation resources, and can adapt to the current development trend of the integration of space and earth and the requirement of collaborative observation. Considering the bearing capacity of resources and the observation task time constraints, effectively avoid the error of space grid task decomposition method in boundary, effectively reducing the number of meta task, which greatly improves the efficiency of subsequent meta task allocation.

【技术实现步骤摘要】
一种空天地对地观测的区域任务分解方法
本专利技术涉及空天地一体化对地观测领域，更具体地，涉及一种空天地对地观测的区域任务分解方法。
技术介绍
目前，为了应对我国日益严重的滑坡、泥石流和地震等地质灾害和森林火灾、海上溢油等人为灾害的灾后监测和遥感数据获取需求，我国逐步形成了多种时空分辨率、多种光谱信息、多传感器的空天地一体化观测体系。由于卫星、无人机、飞艇和地面监测车等空天地对地观测资源的运行方式、机动能力、载荷指标等都存在差异，空天地多类观测资源的协同观测能够有效地弥补单一类别观测资源的能力不足，形成资源的优势互补，使得观测效益最大化。为了简化对地观测问题，通常将应急事件等需观测任务抽象成一个面状区域，任务区域的分解是解决空天地观测资源对地协同观测问题的先决条件和重要基础。现有的对地观测区域任务分解方法主要集中在卫星单类观测资源执行任务的划分上，卫星资源对地观测任务的确定主要是根据卫星可视幅宽划分条带，并根据观测任务空间位置关系以及侧摆角度等确定最终观测的区域。其主要步骤为：根据卫星轨道、最大侧摆角及观测任务的空间位置关系确定卫星对任务的可见性和具体观测范围；确定卫星俯仰角并根据卫星幅宽和侧摆等约束条件划分卫星观测条带；按照卫星覆盖度、与其他任务空间关系等指标选择卫星观测条带。而空天或空天地多类观测资源的观测任务则大都仅考虑了点状任务或把区域任务网格化处理。将观测任务网格化是当前最常用的一种观测任务预处理方式，其核心思想是借鉴遥感领域中对空间数据的处理方式，将地理信息按照固定网格大小剖分成可被任意单类遥感资源一次性观测的子任务。网格形式通常是三边形、四边形或六边形等。这种区域任务的分解方法方便简洁，不用考虑观测资源载荷性能、观测能力、运行方式等方面的特异性。但现有技术同时也缺乏针对性，仅是面向卫星等单类观测资源的区域任务划分方式，没有考虑无人机、飞艇等不受轨道约束的观测特性和地面监测车等地面传感器的差异性，显然不能满足空天地异构资源协同规划的需求。而基于网格的任务分解方法的优势是通俗易理解，而且实现简单，但为了空天地资源都能够一次完成单个网格的观测，网格划分的大小要依据多类观测资源的最小幅宽而定，从而导致了网格元任务的数量呈爆炸式增长，造成后期元任务之间的约束、冲突关系的判定以及观测资源与任务匹配效率极其低下，而在灾害事件发生时，观测效率往往是任务执行的第一要务。其次，由于现实世界实体没有明确的网格边界，对观测任务网格化实质是对现实空间的粗略模拟，所以网格化地理任务会对观测任务造成一定的空间误差。为了达到空天地多类观测资源统一规划的任务并提高任务分解的精准度和计算效率，有必要综合考虑多类观测资源的观测特性与区域任务空间形态位置的关系，在此基础上探索新的任务区域分解方法以适应空天地观测资源统筹规划的需要并推动算法走向实际应用。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了一种空天地对地观测的区域任务分解方法。本专利技术提供了一种空天地对地观测的区域任务分解方法，包括：根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务；根据所述各子任务之间的位置关系，将所述区域任务分解为元任务。优选的，所述观测资源至少包括卫星、无人机、飞艇和地面监测车四个观测资源分类中的一个。优选的，所述观测资源为所述卫星中的非敏捷卫星；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：确定满足时间约束条件的非敏捷卫星对所述区域任务的最大观测时间窗口；所述时间约束条件包括所述区域任务的时间窗口与所述非敏捷卫星观测到所述区域任务的时间窗口有交集；在所述最大观测时间窗口内计算所述非敏感卫星观测所述区域任务的侧摆角；根据所述侧摆角确定所述非敏捷卫星的子任务，即所述非敏捷卫星的观测条带。优选的，所述观测资源为所述卫星中的敏捷卫星；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：确定满足时间约束条件的所述敏捷卫星对所述区域任务的最大观测窗口；所述时间约束条件包括所述区域任务的时间窗口与所述敏捷卫星观测到所述区域任务的时间窗口有交集；将所述区域任务进行条带分割，根据每个所述条带的面积、与所述敏捷卫星周围其他观测资源的距离和所述条带对应的所述敏捷卫星的侧摆角，计算每个所述条带的优先度并根据所述条带优先度由大到小进行排序；计算满足公式的最大k值，并选取排序结果中前k个条带作为所述敏捷卫星的子任务；其中，[tsi,tei]为所述区域任务Oti的时间窗口，为所述敏捷卫星Saj2观测到所述区域任务Oti的时间窗口，vθj2为所述敏捷卫星Saj2的侧摆速度，tStaj2为所述敏捷卫星saj2侧摆之后的稳定时间，θtu为所述敏捷卫星Saj2观测所述区域任务Oti第u个条带时的侧摆角度，u的取值为1～q，q为所述区域任务分割出的条带个数，i取值为1～n，n为所述区域任务的个数，j2取值为1～g2，g2为所述敏捷卫星的个数。优选的，所述观测资源为无人机；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：计算所述无人机对预选子任务的观测次数，根据时间约束条件计算所述无人机的观测半径，并根据所述观测半径确定所述无人机的子任务；所述时间约束条件为所述无人机在所述区域任务的截止时刻前对所述预选子任务完成所述观测次数的观测。优选的，所述观测资源为飞艇，所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：根据公式计算满足时间约束条件的所述飞艇观测所述区域任务的最大面积；所述时间约束条件为所述飞艇在所述区域任务的截止时刻前对所述区域任务完成一次观测；根据所述最大面积计算所述飞艇的观测半径，并根据所述观测半径确定所述飞艇的子任务；其中，为所述飞艇aj4观测所述区域任务Oti的最大面积，tei为所述区域任务Oti的截止时刻，tsj4为所述飞艇aj4的出发时刻，为所述飞艇aj4到所述区域任务质心的距离，tdaj4为所述飞艇aj4的最大连续开机时间，avj4为所述飞艇aj4的巡航速度，widthj4为所述飞艇aj4的幅宽，i取值为1～n，n为所述区域任务的个数，j4取值为1～g4，g4为所述飞艇的个数。优选的，所述观测资源为地面监测车，所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：若判断获知满足时间约束条件的所述地面监测车满足公式将所述地面监测车的活动区域与所述区域任务Oti的交集作为所述地面监测车的子任务；所述时间约束条件为所述地面监测车在所述区域任务的截止时刻前对所述区域任务完成一次观测；其中，cdj5为所述地面监测车rj5的最大续航里程；为所述地面监测车rj5到达所述区域任务Oti地点的最短路径距离。优选的，所述根据所述各子任务之间的位置关系，将所述区域任务分解为元任务具体包括：根据所述各子任务的边界对所述区域任务进行分解，得到元任务。本专利技术提供的一种空天地对地观测的区域任务分解方法，根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务；根据各子任务之间的位置关系，将区域任务分解为元任务。将区域任务分解为由四类观测资源结合起来观测时的元任务，能够适应当前空天地一体化的发展趋势和协同观测需求。由于考虑了观测资源的承载能力以及任务的时间约束条件，有效地避免了网格分解方法中任务本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空天地对地观测的区域任务分解方法，其特征在于，包括：根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务；根据所述各子任务之间的位置关系，将所述区域任务分解为元任务。

【技术特征摘要】
1.一种空天地对地观测的区域任务分解方法，其特征在于，包括：根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务；根据所述各子任务之间的位置关系，将所述区域任务分解为元任务。2.根据权利要求1所述的区域任务分解方法，其特征在于，所述观测资源至少包括卫星、无人机、飞艇和地面监测车四个观测资源分类中的一个。3.根据权利要求2所述的区域任务分解方法，其特征在于，所述观测资源为所述卫星中的非敏捷卫星；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：确定满足时间约束条件的非敏捷卫星对所述区域任务的最大观测时间窗口；所述时间约束条件包括所述区域任务的时间窗口与所述非敏捷卫星观测到所述区域任务的时间窗口有交集；在所述最大观测时间窗口内计算所述非敏感卫星观测所述区域任务的侧摆角；根据所述侧摆角确定所述非敏捷卫星的子任务，即所述非敏捷卫星的观测条带。4.根据权利要求2所述的区域任务分解方法，其特征在于，所述观测资源为所述卫星中的敏捷卫星；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：确定满足时间约束条件的所述敏捷卫星对所述区域任务的最大观测窗口；所述时间约束条件包括所述区域任务的时间窗口与所述敏捷卫星观测到所述区域任务的时间窗口有交集；将所述区域任务进行条带分割，根据每个所述条带的面积、与所述敏捷卫星周围其他观测资源的距离和所述条带对应的所述敏捷卫星的侧摆角，计算每个所述条带的优先度并根据所述条带优先度由大到小进行排序；计算满足公式的最大k值，并选取排序结果中前k个条带作为所述敏捷卫星的子任务；其中，[tsi,tei]为所述区域任务Oti的时间窗口，为所述敏捷卫星Saj2观测到所述区域任务Oti的时间窗口，vθj2为所述敏捷卫星Saj2的侧摆速度，tStaj2为所述敏捷卫星saj2侧摆之后的稳定时间，θtu为所述敏捷卫星Saj2观测所述区域任务Oti第u个条带时的侧摆角度，u的取值为1～q，q为所述区域任务分割出的条带个数，i取值为1～n，n为所述区域任务的个数，j2取值为1～g2，g2为所述敏捷卫星的个数。5.根据权利要求2所述的区域任务分解方法，其特征在于，所述观测资源为无人机；所述根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务具体包括：计算所述无人机对预选子任务的观测次数，根据时间约束条件计算所述无人机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，刘宝举，伍国华，邓敏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43