一种无人机和有人机协同机制下的应急搜救航迹规划方法技术

本发明专利技术首次公开了一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法：S1：对受灾地区进行多无人机协同覆盖式搜寻，并获取受灾人员疑似点的地理位置；S2：依据受灾人员疑似点的地理位置，规划出多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹，并依据该最优航迹实施多无人机协同疑似点搜寻预案，获取受灾人员关键点的地理位置及受灾人员数量情况；S3：依据受灾人员关键点地理位置及受灾人员数量情况，规划得到多有人机协同关键点应急救援的最优航迹，并依据所述多有人机搜救最优航迹实施多有人机协同关键点应急搜救预案。该方法能有效提高我国山区条件下应急救援效率和安全性，灵活应对不同山区飞行环境，为保障救援飞行安全做好充分的准备。

A multi machine multi target emergency route planning method based on UAV and man-machine cooperation mechanism

The invention discloses for the first time a multi-aircraft multi-target emergency search and rescue track planning method under the cooperative mechanism of UAV and UAV: S1: multi-UAV cooperative overlay search in disaster-stricken areas, and obtains the geographical position of the suspected points of the disaster-stricken personnel; S2: according to the geographical position of the suspected points of the disaster-stricken personnel, multi-UAV is planned. According to the optimal track, the multi-UAV cooperative search plan is implemented to obtain the location of the key points and the number of the victims; S3: According to the location of the key points and the number of the victims, the coordinated key points are planned. According to the optimal track of the multi-manned aircraft search and rescue, a multi-manned Aircraft Cooperative emergency search and rescue plan is implemented. This method can effectively improve the efficiency and safety of emergency rescue in mountainous areas of China, flexibly respond to different flight environments in mountainous areas, and make full preparations for ensuring the safety of rescue flights.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法
本专利技术涉及山区环境下的航空应急救援
，尤其涉及重大自然灾害(如地震、泥石流等)山区条件下的航空应急搜救航迹规技术，特别涉及一种能够有效提高我国山区条件下应急救援效率和安全性，并能灵活应对不同山区飞行环境提供丰富救援准备的无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法。
技术介绍
山区重大自然灾害发生后，以民用无人机及通航有人机为基础的航空应急救援具有快速、高效、危险程度低、二次伤害率低以及受灾区地理空间限制较少等优势，能够在第一时间对灾区做出应急救援响应。保障对受灾地区的地形、受灾情况、重点受灾区域判别以及物资投递工作的顺利进行，对减少人民生命财产损失有着重要意义。然而我国现有的航空应急救援运行法规及应急救援方案并不完善，导致救援效率较低且救援人员面临灾后未知环境威胁的危险等问题，使得搜寻救援的安全性无法得到保障。以2008年5月12日四川省汶川市地震为例，中国民用航空局调集了来自东方通用航空公司、南航珠海直升机分公司等共计三十余架架救援直升机对实施救援工作，但受到震后灾区地形环境复杂、气象条件较差、飞行情报准备不足，重灾区受灾情况及救援目标不明确等问题的影响，导致救援任务推进较慢且安全性较差等。因此，在山区条件下，针对受灾地区的航空搜寻救援准备工作及无人机前期的搜寻工作显得尤为重要。合理的分配无人机与有人机的救援任务，以及高效的规划其搜寻救援飞行航迹对于受灾山区搜寻救援工作具有较为积极的意义。为此，当地震、泥石流等重大自然灾害发生后，根据当地救援队伍及后续补给队伍机队配置的不同、搜寻救援起降点、搜寻目标点不同、无人机与有人机执行任务不同，如何合理的对无人机及有人机进行任务分配，规划搜寻救援的往返飞行路径，制定航空应急救援预案，提高航空应急救援效率和保障救援安全的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种多无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，依据本专利技术所述方法，能够用于不同山区重大自然灾害条件下，无人机与有人机相协同多机多目标协同搜救预案的高效制定，为提高灾区搜寻救援效率，保障救援飞行安全做好充分的准备。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对受灾地区进行多无人机协同覆盖式搜寻，并获取受灾人员疑似点的地理位置；S2：依据步骤1中获取的受灾人员疑似点的地理位置，规划出多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹，并依据该最优航迹实施多无人机协同疑似点搜寻预案，获取受灾人员关键点的地理位置及各关键点受灾人员数量情况；S3：依据步骤2中获取的受灾人员确定关键点地理位置及各关键点受灾人员数量情况，规划得到多有人机协同关键点应急救援的最优航迹，并依据该最优航迹实施多有人机协同关键点应急搜救预案。进一步，采用双光电吊舱无人机进行多无人机协同覆盖式搜寻。其中，所述双光电吊舱无人机是指将两个机载光电吊舱以一定的安装角度安装在无人机机载吊舱或无人机机身上，使得两部探头的水平照射方向与无人机航向存在一定的角度，且两部光电吊舱的照射水平方向相反(照射方向相差180°)，使得所述双光电吊舱无人机经过某一地点时，能够从该地点两侧对该点进行扫描搜寻，确保山区等地形因素所造成的盲区最小，进一步提高多无人机协同覆盖式搜寻效率。进一步，所述骤1中的多无人机协同覆盖式搜寻，包括如下步骤：S101：对受灾地区进行地理信息图像处理，获得受灾地区的等高线图；S102：依据获取的受灾地区等高线图，采用凸多边形区域划分原则，将每个飞行高度层划分为多个子任务区域；S103：依据划分的子任务区域，采用多机斜线编队搜寻方式，对灾区进行多无人机协同覆盖搜寻，并记录受灾人员关键点的地理位置及各关键点受灾人员数量情况。其中，所述S101中地理信息图像处理，具体包括如下步骤：1)获得SRTM数字高程地图后，利用SuperMap输出受灾地区的数字高程模型(DEM)文件。2)利用三维地图处理软件GlobalMapper将数字高程模型(DEM)文件转换为XYZ点云格式文件，并保存TXT文件。3)在Matlab中加载受灾地区的XYZ点云格式文件，重新获取该地域的数字地图，并利用双三次插值的内插法对该数字地图进行加密处理。4)通过分析受灾地区人员可能所处海拔高度范围(如受灾前，人员生活居住情况等)以及无人机机载探头搜索性能要求(能识别出受灾人员或车辆等的最远距离)，对受灾地区进行高度层划分，并根据无人机搜索该海拔范围时的飞行高度生成地区等高线图用于多无人机协同覆盖式搜索时使用。进一步，采用单光电吊舱无人机进行多无人机协同疑似点搜寻。其中，所述单光电吊舱无人机是指将单一机载探头以一定的安装角度安装在无人机机载吊舱或无人机机身上，使得机载探头的照射水平方向与无人机航向保持一致，并能够利用图传模块实时/或录制无人机飞行过程中的地形情况及受灾人员等待救援情况等。进一步，所述步骤2中多无人机协同疑似点搜寻最优航迹，主要通过如下方式确定：S201：获取受灾人员疑似点所在地理位置，选用蚁群算法中的三维路径规划算法，评估出任意两个疑似点间的最优路径；S202：依据步骤S201评估出的最优路径，进一步结合无人机数量、出发地和降落地定位，将多无人机协同疑似点搜寻最优航迹规划问题转换为旅行商问题，并利用遗传算法求解，得到多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹。优选地，在所述步骤S202中，可进一步将无人机数量、出发地和降落地定位情况，预设为如下四种模式：模式一：无人机同一机场出发且降落地为出发机场的多无人机协同疑似点搜寻模式；模式二：同一机场出发且降落地机场相同，但所述将落地机场与出发机场不同的多无人机协同疑似点搜寻模式模式三：不同机场出发且降落地为各自的出发机场，但无人机的数量固定的多无人机协同疑似点搜寻模式；模式四：不同机场出发且将落地为各自的出发机场，但无人机的数量不固定的多无人机协同疑似点搜寻模式；并依据实际情况选取对应模式后，利用遗传算法，计算得到多无人机编队协同疑似点搜寻最优航迹。进一步，所述步骤3中多有人机协同关键点应急救援的最优航迹，主要通过如下步骤确定：S301：获取各受灾人员关键点的地理位置，选用蚁群算法中的三维路径规划算法，评估出任意两个关键点之间的最优路径；并将评估出的任意两个关键点间的最优路径的距离转换为矩阵D1储存；S302：获取各关键点受灾人员数量情况，并以数量矩阵C2形式保存；S303：根据各关键点间最优路径的距离矩阵D1以及各关键点受灾人员数量矩阵C2，求得各关键点受灾人员距离矩阵D2；其中，相同关键点受灾人员的路径长度为0；S304：再进一步结合有人机数量、出发机场、载人量，利用贪心算法对各有人机进行救援任务分配，从而得到多有人机协同关键点应急救援的最优航迹。进一步，所述步骤S304主要包括：S304a：依据有人机的数量和出发机场，进行比例排序，并按排序结果，将其所对应的有人机载人量记为矩阵Ch；S304b：依据各关键点受灾人员距离矩阵D2计算出各关键点受灾人员距离的倒数，再以该倒数作为下一救灾人员的等效价值，利用贪心算法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对受灾地区进行多无人机协同覆盖式搜寻，并获取受灾人员疑似点的地理位置；S2：依据步骤1中获取的受灾人员疑似点的地理位置，规划出多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹，并依据该最优航迹实施多无人机协同疑似点搜寻预案，获取受灾人员关键点的地理位置及各关键点受灾人员数量情况；S3：依据步骤2中获取的受灾人员关键点地理位置及各关键点受灾人员数量情况，规划得到多有人机协同关键点应急搜救的最优航迹，并依据该最优航迹实施多有人机协同关键点应急搜救预案。

【技术特征摘要】
1.一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对受灾地区进行多无人机协同覆盖式搜寻，并获取受灾人员疑似点的地理位置；S2：依据步骤1中获取的受灾人员疑似点的地理位置，规划出多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹，并依据该最优航迹实施多无人机协同疑似点搜寻预案，获取受灾人员关键点的地理位置及各关键点受灾人员数量情况；S3：依据步骤2中获取的受灾人员关键点地理位置及各关键点受灾人员数量情况，规划得到多有人机协同关键点应急搜救的最优航迹，并依据该最优航迹实施多有人机协同关键点应急搜救预案。2.根据权利要求1所述一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，采用双光电吊舱无人机进行多无人机协同覆盖式搜寻。3.根据权利要求2所述的一种无人机和有人机协同机制无人机作为下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，所述步骤1中的多无人机协同覆盖式搜寻，包括如下步骤：S101：对受灾地区进行地理信息图像处理，获得受灾地区的等高线图；S102：依据获取的受灾地区等高线图，采用凸多边形区域划分原则，将每个飞行高度层划分为多个子任务区域；S103：依据划分的子任务区域，采用多机斜线编队搜寻方式，对灾区进行多无人机协同覆盖搜寻，并记录受灾人员关键点的地理位置及各关键点受灾人员数量情况。4.根据权利要求1所述的一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，采用单光电吊舱无人机进行多无人机协同疑似点搜寻。5.根据权利要求1所述的一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中多无人机协同疑似点搜寻最优航迹，主要通过如下方式确定：S201：获取受灾人员疑似点所在地理位置，选用蚁群算法中的三维路径规划算法，评估出任意两个疑似点间的最优路径；S202：依据步骤S201评估出的最优路径，进一步结合无人机数量、出发地和降落地定位，将多无人机协同疑似点搜寻最优航迹规划问题转换为旅行商问题，并利用遗传算法求解，得到多无人机协同疑似点搜寻的最优航迹。6.根据权利要求3所述的一种无人机和有人机协同机制下的多机多目标应急搜救航迹规划方法，其特征在于，在所述步骤S202中，可进一步将无人机数量、出发地和降落地定位情况，预设为如下四种模式：模式一：无人机同一机场出发且降落地为出发机场的多无人机协同疑似点搜寻模式；模式二：同一机场出发且降落地机场相同，但所述将落地机场与出发机场不同的多无人机协同疑似点搜寻模式模式三：不同机场出发且降落地为各自的出发机场，但无人机的数量固定的多无人机协同疑似点搜寻模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘卫军，栾天，朱新平，王玄，王润东，左青海，王艺涓，叶右军，张庆宇，李肖琳，左杰俊，李直霖，吴郑源，梁延安，冉斌，任杰，张智巍，邓文祥，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，潘卫军，
类型：发明
国别省市：四川,51