一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法技术

一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，该方法中，地面传感器根据自身的传输数据，预测无人机在既定飞行轨迹下的数据接收能力，在无人机经过之前形成数据发送联盟，将数据汇聚至联盟头，由联盟头发送联盟内地面传感器的数据。本发明专利技术利用了无人机的既定轨迹收集数据，无需损耗无人机的飞行能量；地面节点根据无人机飞行轨迹形成传输联盟，提高了数据收集的效率。

A data acquisition method of ground sensor based on UAV flight path

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法
本专利技术属于无线通信
，特别是一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法。
技术介绍
在偏远或敏感的地区布设传感设备有助于研究人员获取必要的分析数据，是大数据技术的重要组成部分。但是如偏远地区布设的传感设备，由于所处地理位置的特殊性，使其较难通过地面蜂窝系统实时传输数据。因此，现阶段很多研究让无人机承担传感器数据采集的工作。无人机可以利用其灵活机动和空中拥有视距传输链路的特点，分别飞进至多个地面传感器上空采集数据，并最终将数据携带至数据控制中心。然而，地面传感器的数据周期性更新，专门派遣无人机采集数据成本较高。实际上，无人机常被派遣执行不同的任务，如远程侦察和巡逻。若能利用已有的无人机，在其返程的过程中机会地将传感器网络的数据采集起来，那么将可以不再额外派遣无人机，减少不必要的无人机推进能量损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对无人机执行任务时的综合数据采集问题，提供一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，地面传感器通过预测无人机的飞行轨迹形成地面传输联盟。多个传感器汇聚数据到联盟头，待无人机飞至时由联盟头负责数据的上传，提升传输的效率。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，该方法中地面传感器根据自身的传输数据，在无人机经过之前形成数据发送联盟，将数据汇聚至联盟头，由联盟头发送联盟内地面传感器的数据，具体包括以下步骤：步骤1、在一片区域内随机部署N个无线传感器，将这一集合表示为，i、j均表示传感器的编号，无线传感器i、j采集数据的生成速率分别为；设定每经过间隔时间，就有一架无人机m飞行穿过传感器区域；步骤2、为避免地面传感器同时向无人机发送数据产生相互间干扰，在间隔时间内，各无线传感器j计算自身与其他地面上的任一无线传感器i在上传数据给无人机时的传输相关性系数以及自身的有效传输指标；步骤3，建立地面无线传感器联盟接入的效用函数，各无线传感器j与周边节点进行信息交互，计算对应节点给予自己的效用函数值，并加入效用函数值最大的节点所在联盟接入，在无人机飞过的间隔时间内，地面传感器将所收集的数据持续汇聚至自身所接入联盟的联盟头；步骤4，待无人机飞过，地面无线传感器除联盟头之外保持静默，由联盟头统一将收集的数据上传至无人机。进一步地，所述的步骤1中还包括网络位置初始化步骤：以无人机飞行路线为y轴，以区域的中心位置为坐标原点建立坐标空间，每一个无线传感器的坐标位置表示为；远端工作的无人机陆续沿y轴飞过地面的无线传感器上空区域，无人机的飞行高度为，飞行速度为，其坐标随时间变化，具体为：0时刻进入网络，T表示离开网络的时间。进一步地，所述的步骤2具体为：步骤2-1、各无线传感器j通过解下列方程式得到自变量c值，；其中：表示无线传感器j采集数据的速率，表示无人机经过的间隔时间；B表示节点间的传输带宽，表示节点j的横坐标和纵坐标；表示节点j的发射功率，表示噪声功率，表示自由空间损耗因子，表示无人机m与节点j的实时水平距离即无人机m与节点j的空间距离在x轴与y轴构成的平面上的投影，表示无人机m的y轴坐标，表示无人机飞行高度；表示无人机的飞行速度；步骤2-2、计算节点j的期望传输范围，即无人机飞行位置处在y轴范围内时，传感器j需要上传数据给无人机；；步骤2-3、采用下述公式计算无线传感器j与任一其他无线传感器i之间的传输相关性系数；，其中：表示区域间交集与并集的比值；步骤2-4、设置可靠传输概率门限为，采用下述公式计算无人机m与节点j在可靠传输概率门限下的水平距离门限,以及节点j自身的可靠传输范围：；其中：为常数参数；步骤2-5、采用下述公式计算无线传感器j的可靠传输数据量门限：，其中：为无人机纵坐标为时与无线传感器j的数据传输速率；步骤2-6、计算节点传输数据量，以及节点传输数据量与可靠传输门限的有效传输指标：其中：表示选择了传感器节点j作为接入节点的集合，初始状态下为节点自身；表示节点i与节点j的数据传输数率。进一步地，所述的步骤2-1中，表示自由空间损耗因子，取值为2至3.4。进一步地，所述的步骤3中，地面的无线传感器节点形成联盟具体为：步骤3-1、建立节点联盟选择策略的效用函数；其中：表示无线传感器j的选择策略，表示节点j与选择策略节点之间的传输相关性系数；的值越高表示j选择的传感器节点可靠传输数据量门限越高，且与自身的传输相关性越强；步骤3-2、各无线传感器j与周边节点进行信息交互，计算各选择策略的效用函数值，寻找节点j的最优策略表示结果最大时的，并接入该策略对应节点所在的联盟；步骤3-3、各无线传感器分别执行步骤3-2迭代若干次，直到当前选择策略与前一次选择策略一致，则停止迭代，得到收敛后的选择策略即接入联盟，各地面传感器节点将自身收集的数据传至自身所接入联盟的联盟头。进一步地，所述的步骤4中具体为：无人机在飞行过程中实时广播自身的位置信息，作为联盟头的地面无线传感器根据自身携带的传输数据量，在无人机到达预计位置后，地面传感器节点上传数据。进一步地，自身携带的传输数据量包括自身采集的数据和选择自己的传感器节点的数据总和。本专利技术的有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）利用了无人机的既定轨迹收集数据，无需损耗无人机的飞行能量；（2）地面节点根据无人机飞行轨迹形成传输联盟，提高了数据收集的效率。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1是本专利技术基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集系统示意图。图2是本专利技术基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集系统的仿真场景图。图3是本专利技术基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集系统的仿真结果图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。本专利技术基于地面联盟形成方法，对基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集进行优化，提出的一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，在无人机经过之前形成数据发送联盟，将数据汇聚至联盟头，由联盟头发送联盟内地面传感器的数据，具体包括以下步骤：步骤1、在一片区域内随机部署N个无线传感器，将这一集合表示为，i、j均表示传感器的编号，无线传感器j采集数据的生成速率为；设定每经过间隔时间，就有一架无人机m飞行穿过传感器区域；步骤2、为避免地面传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，其特征在于，该方法中地面传感器根据自身的传输数据，在无人机经过之前形成数据发送联盟，将数据汇聚至联盟头，由联盟头发送联盟内地面传感器的数据，具体包括以下步骤：/n步骤1、在一片区域内随机部署

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，其特征在于，该方法中地面传感器根据自身的传输数据，在无人机经过之前形成数据发送联盟，将数据汇聚至联盟头，由联盟头发送联盟内地面传感器的数据，具体包括以下步骤：
步骤1、在一片区域内随机部署N个无线传感器，将这一集合表示为，i、j均表示传感器的编号，无线传感器i、j采集数据的生成速率分别为；设定每经过间隔时间，就有一架无人机m飞行穿过传感器区域；
步骤2、在间隔时间内，各无线传感器j计算自身与其他地面上的任一无线传感器i在上传数据给无人机时的传输相关性系数以及自身的有效传输指标；
步骤3，建立地面无线传感器联盟接入的效用函数，各无线传感器j与周边节点进行信息交互，计算对应节点给予自己的效用函数值，并加入效用函数值最大的节点所在联盟接入，在无人机飞过的间隔时间内，地面传感器将所收集的数据持续汇聚至自身所接入联盟的联盟头；
步骤4，待无人机飞过，地面无线传感器除联盟头之外保持静默，由联盟头统一将收集的数据上传至无人机。


2.根据权利要求1所述的基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，其特征在于，所述的步骤1中还包括网络位置初始化步骤：以无人机飞行路线为y轴，以区域的中心位置为坐标原点建立坐标空间，每一个无线传感器的坐标位置表示为；远端工作的无人机陆续沿y轴飞过地面的无线传感器上空区域，无人机的飞行高度为，飞行速度为，其坐标随时间变化，具体为：0时刻进入网络，T表示离开网络的时间。


3.根据权利要求1所述的基于无人机飞行轨迹的地面传感器数据采集方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
步骤2-1、各无线传感器j通过解下列方程式得到自变量c值，；



其中：表示无线传感器j采集数据的速率，表示无人机经过的间隔时间；B表示节点间的传输带宽，表示节点j的横坐标和纵坐标；表示节点j的发射功率，表示噪声功率，表示自由空间损耗因子，表示无人机m与节点j的实时水平距离即无人机m与节点j的空间距离在x轴与y轴构成的平面上的投影，表示无人机m的y轴坐标，表示无人机飞行高度；表示无人机的飞行速度；
步骤2-2、计算节点j的期望传输范围，即无人机飞行位置处在y轴范围内时，传感器j需要上传数据给无人机；

；
步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瞻，沈良，
申请(专利权)人：南京智能信通科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32