一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法技术

本发明专利技术实施例提供一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，包括：根据扫描区域的形状规划无人机的飞行路径；将飞行路径划分为至少一条分段扫描路径；根据分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，将没有分配到分段扫描路径的胶囊机场组成未选中胶囊机场集合；根据所述选中胶囊机场集合、所述未选中胶囊机场集合和所述分段扫描路径集合基于邻域搜索方法确定出最终部署胶囊机场集合；根据所述最终部署胶囊机场集合部署胶囊机场，各胶囊机场分配得到分段扫描路径执行无人机区域扫描任务。扫描路径执行无人机区域扫描任务。扫描路径执行无人机区域扫描任务。

【技术实现步骤摘要】
一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法


[0001]本专利技术涉及无人机领域，尤其涉及一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法。

技术介绍

[0002]小型无人机具有成本低、部署灵活、便于贴近侦察等优点，在侦察监控、植被监控、野外搜救、森林防火等民用领域得到了越来越广泛的应用。针对野外或广域范围等典型应用场景，无人机续航能力不足的问题，可以部署装载小型无人机的胶囊机场，用于对多无人机的储存、充电，保障无人机的起飞和降落。
[0003]以胶囊机场为枢纽，无人机作为任务单元，对区域执行侦察监视等任务时，如何选择合适的位置部署胶囊机场并合理调配无人机，是决策者面临的重要问题。
[0004]在实现本专利技术过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005]如何选择合适的位置部署胶囊机场并合理调配无人机。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，解决了如何选择合适的位置部署胶囊机场并合理调配无人机的技术问题。
[0007]为达上述目的，一方面，本专利技术实施例提供一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，包括：
[0008]根据扫描区域的形状规划无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径；
[0009]将所述飞行路径划分为至少一条分段扫描路径；其中，所有分段扫描路径构成分段扫描路径集合；
[0010]根据所述分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，将没有分配到分段扫描路径的胶囊机场组成未选中胶囊机场集合；其中，所述候选胶囊机场集合由在所述扫描区域内部和/或外部的至少一个预设位置相应设置的胶囊机场构成；
[0011]根据所述选中胶囊机场集合、所述未选中胶囊机场集合和所述分段扫描路径集合基于邻域搜索方法确定出最终部署胶囊机场集合；
[0012]根据所述最终部署胶囊机场集合中的各胶囊机场部署所述扫描区域对应的胶囊机场，并根据所述最终部署胶囊机场集合中的各胶囊机场分配得到分段扫描路径执行无人机区域扫描任务。
[0013]进一步地，所述根据扫描区域的形状规划无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径，包括：
[0014]根据相机参数、相机视角和地面分辨率确定无人机的扫描宽度，根据所述无人机扫描宽度和预设的旁向重叠率得到无人机扫描间距；
[0015]根据扫描区域的形状确定扫描方式，并根据所述扫描方式和所述无人机扫描间距规划出无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径。
[0016]进一步地，所述根据相机参数、相机视角和地面分辨率确定无人机的扫描宽度，根据所述无人机扫描宽度和预设的旁向重叠率得到无人机扫描间距，包括：
[0017]根据以下公式(1)计算无人机飞行高度：
[0018][0019]其中：h为无人机飞行高度，f为镜头焦距，a为像元尺寸，GSD为地面分辨率；其中，所述相机参数包括镜头焦距和像元尺寸；
[0020]根据无人机飞行高度和相机视角fov，并根据以下公式(2)计算所述无人机扫描宽度W：
[0021][0022]其中：h为无人机飞行高度；
[0023]通过所述无人机扫描宽度W以及所述旁向重叠率ω
o
，根据以下公式(3)计算出所述无人机扫描间距D：
[0024]D＝W(1
‑
ω
o
)(3)
[0025]进一步地，所述将所述飞行路径划分为至少一条分段扫描路径，包括：
[0026]按照预设的相等飞行距离将飞行路径划分为至少一条分段扫描路径。
[0027]进一步地，所述根据所述分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，包括：
[0028]针对每个分段扫描路径，在所述候选胶囊机场集合中找到距离当前分段扫描路径最短的胶囊机场，并将当前分段扫描路径分配给找到的胶囊机场，由找到的胶囊机场构成第一胶囊机场集合；
[0029]在所述分段扫描路径集合中找到距离各分段扫描路径各自分配到的胶囊机场最短的分段扫描路径j以及所述分段扫描路径j分配到的胶囊机场i，并解除所述胶囊机场i与除了分段扫描路径j之外的其他分段扫描路径之间的分配关系；
[0030]在所述分段扫描路径集合中除了所述分段扫描路径j的其他分段扫描路径中找到距离所述胶囊机场i最短的的C
‑
1条分段扫描路径，并将找到的C
‑
1条分段扫描路径分配给所述胶囊机场i，将所述胶囊机场i加入到所述选中胶囊机场集合中，将所述胶囊机场i从所述第一胶囊机场集合中移除；
[0031]重复执行以下步骤直到所述分段扫描路径集合中的分段扫描路径都分配给所述选中胶囊机场集合中的胶囊机场时停止：
[0032]从所述第一胶囊机场集合中随机选择一个胶囊机场k，解除所有分段扫描路径与所述胶囊机场k的现有分配关系，从所述分段扫描路径集合中没有分配给所述选中胶囊机场集合中的胶囊机场的分段扫描路径中找出距离所述胶囊机场k最近的C条分段扫描路径，并将找到的C条分段扫描路径分配给所述胶囊机场k，将所述胶囊机场k加入选中胶囊机场
集合中，将所述胶囊机场k从所述第一胶囊机场集合中移除；
[0033]其中，C是每个胶囊机场能分配的分段扫描路径的最大数量。
[0034]进一步地，所述根据所述分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，包括：
[0035]重复执行以下步骤直到所述分段扫描路径集合中的分段扫描路径都分配给所述选中胶囊机场集合中的胶囊机场时停止：
[0036]针对在所述候选胶囊机场集合中但不在所述选中胶囊机场集合中的每个胶囊机场，从所述分段扫描路径集合中找到距离所述胶囊机场最近的C条分段扫描路径，并将找到的C条分段扫描路径分配给所述胶囊机场；
[0037]在所述候选胶囊机场集合中找到胶囊机场与其分配的C条分段扫描路径的距离和值最小的胶囊机场，并将找到的胶囊机场添加到所述选中胶囊机场集合中。
[0038]进一步地，所述根据所述选中胶囊机场集合、所述未选中胶囊机场集合和所述分段扫描路径集合基于邻域搜索方法确定出最终部署胶囊机场集合，包括：
[0039]计算所述选中胶囊机场集合的距离和值，作为初始和值，备份所述选中胶囊机场集合得到初始胶囊机场集合；
[0040]从所述选中胶囊机场集合中随机选择一个胶囊机场P，从所述未选中胶囊机场集合中随机选择一个胶囊机场Q，将所述胶囊机场P从所述选中胶囊机场集合中移除，将所述胶囊机场Q加入所述选中胶囊机场集合；
[0041]解除所述选中胶囊机场集合中的每个胶囊机场与其分段扫描路径的分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，包括：根据扫描区域的形状规划无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径；将所述飞行路径划分为至少一条分段扫描路径；其中，所有分段扫描路径构成分段扫描路径集合；根据所述分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，将没有分配到分段扫描路径的胶囊机场组成未选中胶囊机场集合；其中，所述候选胶囊机场集合由在所述扫描区域内部和/或外部的至少一个预设位置相应设置的胶囊机场构成；根据所述选中胶囊机场集合、所述未选中胶囊机场集合和所述分段扫描路径集合基于邻域搜索方法确定出最终部署胶囊机场集合；根据所述最终部署胶囊机场集合中的各胶囊机场部署所述扫描区域对应的胶囊机场，并根据所述最终部署胶囊机场集合中的各胶囊机场分配得到分段扫描路径执行无人机区域扫描任务。2.如权利要求1所述的胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，所述根据扫描区域的形状规划无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径，包括：根据相机参数、相机视角和地面分辨率确定无人机的扫描宽度，根据所述无人机扫描宽度和预设的旁向重叠率得到无人机扫描间距；根据扫描区域的形状确定扫描方式，并根据所述扫描方式和所述无人机扫描间距规划出无人机扫描所述扫描区域时的飞行路径。3.如权利要求2所述的胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，所述根据相机参数、相机视角和地面分辨率确定无人机的扫描宽度，根据所述无人机扫描宽度和预设的旁向重叠率得到无人机扫描间距，包括：根据以下公式计算无人机飞行高度：其中：h为无人机飞行高度，f为镜头焦距，a为像元尺寸，GSD为地面分辨率；其中，所述相机参数包括镜头焦距和像元尺寸；根据无人机飞行高度和相机视角fov，并根据以下公式计算所述无人机扫描宽度W：其中：h为无人机飞行高度；通过所述无人机扫描宽度W以及所述旁向重叠率ω
o
，根据以下公式计算出所述无人机扫描间距D：D＝W(1
‑
ω
o
)4.如权利要求1所述的胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，所述将所述飞行路径划分为至少一条分段扫描路径，包括：按照预设的相等飞行距离将飞行路径划分为至少一条分段扫描路径。
5.如权利要求1所述的胶囊机场部署与无人机区域扫描任务协同规划方法，其特征在于，所述根据所述分段扫描路径集合中的各分段扫描路径与候选胶囊机场集合中的各胶囊机场之间的距离基于就近分配原则，将分段扫描路径分配给胶囊机场得到选中胶囊机场集合，包括：针对每个分段扫描路径，在所述候选胶囊机场集合中找到距离当前分段扫描路径最短的胶囊机场，并将当前分段扫描路径分配给找到的胶囊机场，由找到的胶囊机场构成第一胶囊机场集合；在所述分段扫描路径集合中找到距离各分段扫描路径各自分配到的胶囊机场最短的分段扫描路径j以及所述分段扫描路径j分配到的胶囊机场i，并解除所述胶囊机场i与除了分段扫描路径j之外的其他分段扫描路径之间的分配关系；在所述分段扫描路径集合中除了所述分段扫描路径j的其他分段扫描路径中找到距离所述胶囊机场i最短的的C
‑
1条分段扫描路径，并将找到的C
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1条分段扫描路径分配给所述胶囊机场i，将所述胶囊机场i加入到所述选中胶囊机场集合中，将所述胶囊机场i从所述第一胶囊机场集合中移除；重复执行以下步骤直到所述分段扫描路径集合中的分段扫描路径都分配给所述选中胶囊机场集合中的胶囊机场时停止：从所述第一胶囊机场集合中随机选择一个胶囊机场k，解除所有分段扫描路径与所述胶囊机场k的现有分配关系，从所述分段扫描路径集合中没有分配给所述选中胶囊机场集合中的胶囊机场的分段扫描路径中找出距离所述胶囊机场k最近的C条分段扫描路径，并将找到的C条分段扫描路径分配给所述胶囊机场k，将所述胶囊机场k加入选中胶囊机场集合中，将所述胶囊机场k从所述第一胶囊机场集合中移除；其中，C是每个胶囊机场能分配的分段扫描路径的最大数量。6.如权利要求1所述的胶囊机...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建迈，孙伟昌，黄金才，程光权，陈超，黄魁华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：