一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法技术

本发明专利技术提供一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，该方法将倾斜摄影模型转化为八叉树地图，通过对八叉树地图的分辨率设置和对多分辨率路径规划算法的调整达到规避模型误差和计算误差的目的，最后将得到的路径进行平滑，形成适合无人机飞行的航点。通过本发明专利技术的方法，能够对场景地图进行精准构建，又能压缩它的内存占用，适合无人机执行在现实场景的飞行任务，并且所用路径规划算法快速高效，能够在短时间内计算出最优路线，又能避免撞机的风险。撞机的风险。撞机的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法


[0001]本专利技术属于路径规划
，具体涉及一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，民用无人机成为了许多人关注的焦点，无人机的研究和应用己经不再仅仅局限在军用无人机在军事作战中的侦查和对抗，更多的在民用无人机上在各个领域的应用，如影视业中的航空摄影，农业中的灾情监视，生活中的安保安防和交通巡逻，以及突发情况下的灾后搜救等。然而无人机要完成上述的任务，必须具备自主飞行的能力。而路径规划是无人机自主飞行中的关键环节，优秀的路径规划算法即使在复杂的飞行环境中，也能完美的避开障碍物，规划出一条航程代价小和满足无人机约束条件的飞行路径，很大程度上降低了无人机自身的能量损耗，同时能快速到达目标点。
[0003]在现有的三维路径规划方法中，通常用一些常规立体形状搭建简易的三维环境，测试路径规划算法的效果。而真实场景中的障碍物形状多元化，仅用简易三维环境难以展示路径规划算法的实用性。因此需要一种方法将真实地理信息与算法结合起来，真正使其满足实际需求。
[0004]倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。它能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维城市模型。这种倾斜摄影模型的优点是提供了丰富又精准的环境信息。
[0005]当前公开技术文献中，如《一种基于二三维一体化的无人机路径动态规划方法》，专利公开号为CN110488871A，使用到了倾斜摄影模型，但是仅用到了模型的高度信息，障碍物的形状、空间占用情况都被模糊地表达，没有对环境精准建模。而倾斜摄影模型本身空间占用大，并且地理信息数据不易提取，难以实现三维的无人机最优路径规划，达到实时高速的效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法。
[0007]本专利技术提供了一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，用于规划无人机的飞行路径以避开障碍物，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，获取三维倾斜摄影模型；步骤2，采用点云工具PCL处理三维倾斜摄影模型，得到点云地图，而后采用基于八叉树的三维地图创建工具Octomap处理点云地图，将点云地图转化为八叉树地图；步骤3，在八叉树地图上进行路径规划，得到各个路径点，进而得到规划好的路径；步骤4，对规划好的路径进行修剪，而后根据倾斜摄影模型的中心点的经纬度坐标和八叉树地图在相同位置的坐
标，将修剪后的路径转化为经纬度坐标，即生成让无人机真正实际飞行的路径点。
[0008]在本专利技术提供的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，当点云地图转化为八叉树地图时，根据无人机的大小和应用需求，对八叉树地图的最大分辨率进行调整，进而完成对障碍物的膨胀处理，八叉树地图的最大分辨率为最小叶节点的边长，该边长大于无人机的体积边长。
[0009]在本专利技术提供的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中的路径规划采用多分辨率A*算法，具体包括如下子步骤：步骤3-1，在八叉树地图上选定无人机飞行的起点和终点；步骤3-2，检测起点和终点是否空闲，当检测到不空闲时，则返回步骤3-1重新选择，若检测到空闲时，则进入下一步；步骤3-3，找出距离起点最近的无障碍物非最小叶节点和距离终点最近的无障碍物非最小叶节点，而后将两个最小叶节点作为路径规划算法的起点和终点；步骤3-4，根据步骤3-3得到的起点和终点，寻找路径中的其余节点，以当前路径点为中心形成一个包围盒，而后遍历包围盒中的八叉树节点，找出无障碍物且边长大于最小叶节点的节点，并且检测这些节点与当前路径点之间的位置关系，选出与当前路径点面面相接的节点作为当前路径点的邻居节点，用于筛选出下一步的路径点，进而得到路径中的所有路径点；步骤3-5，遍历得到的所有路径点，从而得到规划好的路径。
[0010]在本专利技术提供的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，采用佛洛依德算法对路径进行修剪。
[0011]专利技术的作用与效果
[0012]根据本专利技术所涉及的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，由于采用的八叉树是一种用于描述三维空间的树状数据结构，其实现了对三维数据的压缩存储，为路径规划提供了便捷的数据基础，所以将其与倾斜摄影技术结合能够将环境进行精确刻画，使无人机的路径规划结果满足现实场景的飞行需求，保证无人机的机身安全。此外，路径规划算法与八叉树结合，不再局限于单一尺度的搜索步长，而是根据三维地图的数据结构自适应的选择搜索步长，形成多分辨率的路径规划算法。因此，本专利技术的方法快速高效、极大的提升了搜索效率，能够在短时间内找到无碰撞最短路径，减少无人机的资源消耗。
[0013]综上，本专利技术的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，根据已有的倾斜摄影模型，对现实场景进行精确构建，并将路径规划算法与构建出的三维地图结合起来，进行快速高效的路径规划，形成可以指导无人机执行飞行任务的航路点，此外，还改善了传统方法中仿真地图脱离实际场景的弊端，提高了路径规划算法的效率和精准度，使其满足在现实场景中执行飞行任务的实际需求。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法的流程图；
[0015]图2是本专利技术的倾斜摄影模型示意图；
[0016]图3是本专利技术的生成的八叉树地图；
[0017]图4是本专利技术的生成路径在八叉树地图中与在倾斜摄影模型中的比对示意图；
[0018]图5是本专利技术的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法的具有路径规划算法的整体流程示意图；
[0019]图6是本专利技术的路径规划生成的未修剪路径和修剪后的路径示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术作具体阐述。
[0021]图1是本专利技术的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法的流程图。
[0022]如图1所示，本专利技术提供一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，用于规划无人机的飞行路径以避开障碍物，包括如下步骤：
[0023]图2是本专利技术的倾斜摄影模型示意图。
[0024]步骤1，获取三维倾斜摄影模型，如图2所示。
[0025]图3是本专利技术的生成的八叉树地图，图4是本专利技术的实施例中的生成路径在八叉树地图中与在倾斜摄影模型中的比对示意图，其中，图4(a)是生成路径在八叉树地图中的示意图，图4(b)是生成路径在倾斜摄影模型中的示意图。
[0026]步骤2，采用点云工具PCL处理所述三维倾斜摄影模型，得到点云地图，而后采用基于八叉树的三维地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，用于规划无人机的飞行路径以避开障碍物，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取三维倾斜摄影模型；步骤2，采用点云工具PCL处理所述三维倾斜摄影模型，得到点云地图，而后采用基于八叉树的三维地图创建工具Octomap处理所述点云地图，将所述点云地图转化为八叉树地图；步骤3，在所述八叉树地图上进行路径规划，得到各个路径点，进而得到规划好的路径；步骤4，对规划好的所述路径进行修剪，而后根据所述倾斜摄影模型的中心点的经纬度坐标和所述八叉树地图在相同位置的坐标，将修剪后的路径转化为经纬度坐标，即生成让所述无人机真正实际飞行的路径点。2.根据权利要求1所述的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，其特征在于：其中，所述步骤2中，当所述点云地图转化为八叉树地图时，根据所述无人机的大小和应用需求，对所述八叉树地图的最大分辨率进行调整，进而完成对所述障碍物的膨胀处理，所述八叉树地图的最大分辨率为最小叶节点的边长，该边长大于所述无人机的体积边长。3.根据权利要求1所述的基于倾斜摄影模型的无人机三维路径规划方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭睿琪，冯辉，胡波，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：