一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，首先，确定所需覆盖的区域范围，并根据无人机的监控范围对其进行分割，得到若干个监控子区域，并在每个监控子区域内设置一个监控点；其次，根据无人机性能确定无人机飞行速度，计算无人机到达各个子区域监控点所需时间；然后，在充电桩附近设置周期性定时器，规划无人机对每个子区域的无盲区监控；最后，如无人机数量不足，优化无人机调度策略，定时器响应时间重新调整，根据现有无人机数量重新规划监控方案，最大限度对选定的区域进行长时间监控。本发明专利技术操作简单，除摄像头外无人机无需额外设备，适用于对地面某区域进行长时间监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法
本专利技术属于无人机监控领域。
技术介绍
栅栏覆盖即监测一片区域并将其封锁住，任何试图通过栅栏的物体都将被检测出来并发出警报，类似于隔离墙。栅栏覆盖应用很多也很广泛，比如对一片区域进行封锁以监测入侵者。栅栏覆盖较传统区域封锁方法优点是成本较低，部署方便简易。对一片区域进行暂时的封锁，势必要消耗大量人力物力，而通过栅栏覆盖，只需有限的硬件需求即可完成。栅栏覆盖有多种实现方式，比如在地面静态部署一系列传感器，由一连串传感器组成一道封锁线以达到栅栏覆盖的效果，成本较低，但这一方案有以下缺点：一、传感器有些情况会有监控漏洞，为了弥补这一漏洞，有些方案对此进行了优化，布置一系列传感器组成封锁线，并用单个无人机来填补盲区解决监控漏洞问题。二、则是传感器部署受地形影响，有一定局限性，在某些地区部署困难。另一种方案则是部署配备有摄像头的无人机来实现栅栏覆盖，这种实现方式灵活性高，机动性强，部署起来简易方便，并且无人机不受地形制约，可以适应各种地形条件。但是该方式也有如下缺点：一、无人机能量十分有限，极大限制栅栏覆盖时间。二、为了保证将栅栏完全覆盖，有时需要的无人机数量过多，造成严重资源浪费，成本反而较高。
技术实现思路
专利技术目的：为解决
技术介绍
中存在问题，本专利技术提供了一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法。技术方案：本专利技术提供了一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，包括以下步骤：步骤1：以需要被覆盖的栅栏区域的一端为原点，在原点上设置充电桩，以栅栏区域为x轴，充电桩为y轴建立直角坐标系；根据无人机的监控角度θ和无人机的飞行高度h确定无人机的水平监控长度D；根据无人机的电池总能量C和输出功率P0，确定无人机在满电状态下的最大工作时长；根据充电桩充电功率P1确定无人机充满电所需时长；步骤2：根据无人机的水平监控长度将栅栏区域分割成M个子区域，根据第i个子区域的长度，在第i个子区域中设置第i个监控点Ai，使得无人机悬停在该监控点时，能够完全监控该第i个子区域，i＝1,2，…M；根据无人机以速度v飞行至第i个监控点所需的时间Ti，无人机的电池总能量C，无人机的输出功率P0和充电桩充电功率P1确定监控第i个子区域所需最小无人机数量Si，从而得到最小无人机总数量S；步骤3：判断用户目前所拥有无人机数量N是否大于等于S,若是，则为第i个子区域分配一组无人机，且该组无人机的数量大于等于Si；设置M个定时器，并根据Ai的位置设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对监控第i个子区域的无人机进行调度；否则转步骤4；步骤4：根据用户目前所拥有无人机的数量N和子区域的个数，为第i个子区域分配m个无人机，1≤m＜N；设置M个定时器，并根据Ai的位置以及飞往Ai的无人机的电量，设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对m个无人机进行调度。进一步的，所述步骤1中无人机的水平监控长度D＝2htan(θ/2)；无人机充满电所需时长为C/P1；无人机在满电状态下的最大工作时长为C/P0。进一步的，所述步骤2中将栅栏区域分割成若干子区域具体为：基于子区域的水平长度与无人机的水平监控长度一致，对栅栏区域进行分割，则子区域的总数为向上取整，L为栅栏区域的长度；所述Ai的位置为(i*D-D/2，h)。进一步的，所述步骤2中根据子区域的个数确定最小无人机总数量S具体为：其中，为向上取整，为第i个子区域所需无人机的最小数量。进一步的，所述步骤3中第i个子区域的定时器的响应周期为C/P0-2Ti；步骤3中的具体调度方法为：初始选择一架满电量的无人机，该无人机以速度v飞行至第i个监控点；该无人机在第i个监控点悬停C/P0-2Ti时间后定时器响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电，同时再选择另外一架满电状态下的无人机以速度v飞行第i个监控点；从而通过循环调度实现对第i个子区域的长时监控。进一步的，所述步骤4具体为：第i个子区域中定时器的响应周期为C′/P0-2Ti,C′为飞往第i个监控点的无人机发出时刻的电量；根据响应周期对监控第i个子区域的m个无人机进行调度，具体为：步骤4.1：初始选择一架满电量的无人机，此时C′＝C，该无人机以速度v飞行至第i个监控点；该无人机在第i个监控点悬停C′/P0-2Ti时间后定时器响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电；步骤4.2：在定时器响应时，判断此时正在充电的无人机中是否存在电量满足C′/P0＞2Ti的无人机，若是，则转步骤4.3；若否，则结束监控，并转步骤4.4计算监控第i个子区域的总时长；步骤4.3：在满足条件的无人机中选择电量C′最多的无人机，该无人机以速度v飞行至第i个监控点，该无人机在第i个监控点悬停C′/P0-2Ti时间后定时器再次响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电，并转步骤4.2；步骤4.4：根据如下公式对第j架无人机第k次发出的时刻进行递归计算：当k＝1时其中为第j架无人机第一次发出时的总电量，j＝1,2,…,m，m为能够分配给该监控该区域的无人机的总个数；当k≥2时其中，为第j架无人机第k次发出时的总电量：其中，为：将时对应的的值作为总监控时长。有益效果：本专利技术的无人机相比于静态节点机动性强，易于部署，不受地形因素制约，灵活性高，能适用于各种地形。本专利技术对无人机进行了复用，减少了所需无人机数量，并且延长了栅栏覆盖时间，对无人机进行了合理地调度，降低了成本。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术中单个无人机监控范围图；图3是本专利技术栅栏覆盖系统示意图；图4是本专利技术各子区域所需无人机数量图；图5是本专利技术监控更远区域不同无人机数量情况下监控时长图。具体实施方式构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。如图1所示，本实施例提供了一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，具体包括如下步骤：步骤1：用户在地图上选出需要被覆盖的栅栏区域，栅栏长度为L。用户输入无人机数量N，无人机最大飞行速度v，无人机飞行高度h，监控角度θ以及无人机输出功率P0和电池总能量C，明确单个无人机的监控范围。计算出无人机满电情况下可运行时间以及充满电所需时长；在用户所选栅栏区域的一端设置充电桩，并以充电桩所在位置为原点建立平面直角坐标系，覆盖区域为x轴，充电桩方向(或无人机飞行高度)为y轴；步骤2：根据无人机的水平监控长度将栅栏区域分割成M个子区域，根据第i个子区域的长度，在第i个子区域中设置一个监控点Ai，使得无人机悬停在该监控点时，能够完全监控该第i个子区域，i＝1,2，…M；根据无人机以速度v飞行至第i个监控点所需的时间Ti，无人机的电池总能量C，输出功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：以需要被覆盖的栅栏区域的一端为原点，在原点上设置充电桩，以栅栏区域为x轴，充电桩为y轴建立直角坐标系；根据无人机的监控角度θ和无人机的飞行高度h确定无人机的水平监控长度D；根据无人机的电池总能量C和输出功率P0，确定无人机在满电状态下的最大工作时长；根据充电桩充电功率P1确定无人机充满电所需时长；/n步骤2：根据无人机的水平监控长度将栅栏区域分割成M个子区域，根据第i个子区域的长度，在第i个子区域中设置第i个监控点A

【技术特征摘要】
1.一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：以需要被覆盖的栅栏区域的一端为原点，在原点上设置充电桩，以栅栏区域为x轴，充电桩为y轴建立直角坐标系；根据无人机的监控角度θ和无人机的飞行高度h确定无人机的水平监控长度D；根据无人机的电池总能量C和输出功率P0，确定无人机在满电状态下的最大工作时长；根据充电桩充电功率P1确定无人机充满电所需时长；
步骤2：根据无人机的水平监控长度将栅栏区域分割成M个子区域，根据第i个子区域的长度，在第i个子区域中设置第i个监控点Ai，使得无人机悬停在该监控点时，能够完全监控该第i个子区域，i＝1，2，…M；根据无人机以速度v飞行至第i个监控点所需的时间Ti，无人机的电池总能量C，无人机的输出功率P0和充电桩充电功率P1确定监控第i个子区域所需最小无人机数量Si，从而得到最小无人机总数量S；
步骤3：判断用户目前所拥有无人机数量N是否大于等于S，若是，则为第i个子区域分配一组无人机，且该组无人机的数量大于等于Si；设置M个定时器，一个定时器对应一个子区域，根据Ai的位置设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对监控第i个子区域的无人机进行调度；否则转步骤4；
步骤4：根据用户目前所拥有无人机的数量N和子区域的个数，为第i个子区域分配m个无人机，1≤m＜N；设置M个定时器，一个定时器对应一个子区域，根据Ai的位置以及飞往Ai的无人机的电量，设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对m个无人机进行调度。


2.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，所述步骤1中无人机的水平监控长度D＝2htan(θ/2)；无人机充满电所需时长为C/P1；无人机在满电状态下的最大工作时长为C/P0。


3.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，所述步骤2中将栅栏区域分割成若干子区域具体为：基于子区域的水平长度与无人机的水平监控长度一致，对栅栏区域进行分割，则子区域的总数为向上取整，L为栅栏区域的长度；所述Ai的位置为(i*D-D/2，h)。


4.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小军，韩周卿，董超，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32