一种无人机物流轨迹设计方法及其系统技术方案

本申请公开了一种无人机物流轨迹设计方法及其系统，其中，无人机物流轨迹设计方法包括以下步骤：进行参数初始化；响应于完成参数初始化，进行无线电地图的生成；对无线电地图进行预处理，获取可行网格图；根据可行网格图计算两地面用户节点之间最短路径；响应于计算完成两地面用户节点之间最短路径，获得最佳访问顺序及初始轨迹；对最佳访问顺序及初始轨迹进行输出。本申请通过探究两个地面用户之间的最佳传输策略，可以合理利用有限的计算资源，减小任务完成时间和能量消耗，并且可以及时获得处理后的数据以便制定应对方案。得处理后的数据以便制定应对方案。得处理后的数据以便制定应对方案。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机物流轨迹设计方法及其系统


[0001]本申请涉及数据处理领域，具体地，涉及一种无人机物流轨迹设计方法及其系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着快递行业的服务量需求剧增，服务链的各个部分都需要大量的投入，尤其是在“最后一公里”问题上。为了满足用户不断增长的需求，需要提出一种可以有效解决“最后一公里”问题的解决方案。在末端物流服务中，无人机配送具有显著优势。与人力配送相比，无人机具有体积小、费用低、速度快、操作方便等优势，可以大幅减少物流配送压力，同时能够减少不必要的人员接触；与无人车配送相比，无人机又因为其具有可以规避城市交通拥堵，能够跨越江河湖泊等复杂地形的优点，故而将无人机应用于物流行业中具有良好的前景。但是无人机的续航能力差，在为多个用户提供物流服务这种场景中，无人机需要依次飞往每个用户所在的地点执行货物投递操作，如何有效地规划无人机飞往各个用户的优先级顺序是一个值得深入研究的问题。此外，无人机在高空飞行过程中无法与地面保持良好的通信。因此怎样解决无人机在配送货物过程中使其与地面保持良好的通信质量对无人机在物流行业的大规模应用至关重要。针对无人机为各个用户服务的先后顺序问题，对于多对用户间的物流场景来说，传统的路径初始化方法，包括基于直线或者圆的几何规划方法、基于TSP的规划方法等，都没有将信息因果性约束考虑在内，这可能会导致效率低下的通信资源分配以及轨迹优化结果。此外，传统的PDP方案并未考虑无人机在飞行过程中通信链路质量，仅用两节点间的直线距离对最佳访问顺序进行求解，导致在实际运用的时候效果不够理想。
[0003]因此，如何提供一种弥补了旅行商问题和PDP方案的局限，综合考虑无人机能耗、无人机通信质量以及基站位置的影响，对无人机物流的配送顺序进行设计的方法，成为本领域急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种无人机物流轨迹设计方法，包括以下步骤：进行参数初始化；响应于完成参数初始化，进行无线电地图的生成；对无线电地图进行预处理，获取可行网格图；根据可行网格图计算两地面用户节点之间最短路径；响应于计算完成两地面用户节点之间最短路径，获得最佳访问顺序及初始轨迹；对最佳访问顺序及初始轨迹进行输出。
[0005]如上的，其中，进行参数初始化包括，设定输入各地面用户如上的，其中，进行参数初始化包括，设定输入各地面用户其中μ＝{1,
…
,S}为源用户节点，ν＝{S+1,
…
,S+D}为目的用户节点，g
κ
为φ中第k个用户的位置；设定无人机在飞行过程中在高度区间水平范围为L
×
L的长方体区域内保持匀速飞行，即v＝V
max
＝50km/h。
[0006]如上的，其中，进行无线电地图的生成包括，将连续的空间离散化，生成三维网格；
[0007]与第m个地面基站相关联的三维网格表示为与第m个地面基站相关联的三维网格表示为其中其中
[0008]如上的，其中，无线电地图生成单元生成的三维网格上的第(i
m
,j
m
,k
m
)个位置)个位置其中Δ
D
表示离散精度。
[0009]如上的，其中，对三维网格中每个网格单元高度离散化，得到多个信道增益图，第m个地面基站所对应的信道增益图表示为：
[0010][0011]其中i
m
,j
m
,k
m
分别表示将三维空间离散化之后，空间网格在x、y、z轴上编号，分别表示空间网格在x、y、z轴上的离散的个数，同时表示信道增益图的数量，。
[0012]一种无人机物流轨迹设计系统，包括初始化单元、无线电地图生成单元、预处理单元、最短路径计算单元、最佳访问顺序及初始轨迹获取单元以及输出单元；初始化单元用于进行参数初始化；无线电地图生成单元用于进行无线电地图的生成；预处理单元用于无线电地图进行预处理，获取可行网格图；最短路径计算单元用于根据可行网格图计算两地面用户节点之间最短路径；最佳访问顺序及初始轨迹获取单元用于获得最佳访问顺序及初始轨迹；输出单元用于对最佳访问顺序及初始轨迹进行输出。
[0013]如上的，其中，初始化单元进行参数初始化包括，设定输入各地面用户其中μ＝{1,
…
,S}为源用户节点，ν＝{S+1,
…
,S+D}为目的用户节点，g
κ
为φ中第k个用户的位置；设定无人机在飞行过程中在高度区间水平范围为L
×
L的长方体区域内保持匀速飞行，即v＝V
max
＝50m/s。
[0014]如上的，其中，无线电地图生成单元进行无线电地图的生成包括，将连续的空间离散化，生成三维网格；
[0015]与第m个地面基站相关联的三维网格表示为与第m个地面基站相关联的三维网格表示为其中其中
[0016]如上的，其中，无线电地图生成单元生成的三维网格上的第(i
m
,j
m
,k
m
)个位置)个位置
[0017]其中Δ
D
表示离散精度。
[0018]如上的，其中，无线电地图生成单元对三维网格中每个网格单元高度离散化，得到
多个信道增益图，第m个地面基站所对应的信道增益图表示为：
[0019][0020]其中i
m
,j
m
,k
m
分别表示将三维空间离散化之后，空间网格在x、y、z轴上编号，分别表示空间网格在x、y、z轴上的离散的个数，同时表示信道增益图的数量，
[0021]本申请具有以下有益效果：
[0022](1)本申请通过探究两个地面用户之间的最佳传输策略，可以合理利用有限的计算资源，减小任务完成时间和能量消耗，并且可以及时获得处理后的数据以便制定应对方案。
[0023](2)本申请制定明确的衡量标准可以大大提高系统性能和工作效率。相比选取任意用户访问顺序和TSP方案，本申请提出的方案在多用户物流场景下更具有操作性和实用性。
[0024](3)本申请提供了在面向多用户物流场景下的最优轨迹设计方案。综合考虑无人机能耗、无人机通信质量以及基站位置，设置合理的配送顺序。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是根据本申请实施例提供的无人机物流轨迹设计方法的流程图；
[0027]图2是根据本申请实施例提供的无人机物流轨迹设计系统的内部结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机物流轨迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：进行参数初始化；响应于完成参数初始化，进行无线电地图的生成；对无线电地图进行预处理，获取可行网格图；根据可行网格图计算两地面用户节点之间最短路径；响应于计算完成两地面用户节点之间最短路径，获得最佳访问顺序及初始轨迹；对最佳访问顺序及初始轨迹进行输出。2.如权利要求1所述的无人机物流轨迹设计方法，其特征在于，进行参数初始化包括，设定输入各地面用户其中μ＝{1,
…
,S}为源用户节点，ν＝{S+1,
…
,S+D}为目的用户节点，g
κ
为φ中第k个用户的位置；设定无人机在飞行过程中在高度区间行过程中在高度区间水平范围为L
×
L的长方体区域内保持匀速飞行，即v＝V
max
＝50km/h。3.如权利要求2所述的无人机物流轨迹设计方法，其特征在于，进行无线电地图的生成包括，将连续的空间离散化，生成三维网格；与第m个地面基站相关联的三维网格表示为与第m个地面基站相关联的三维网格表示为其中其中4.如权利要求3所述的无人机物流轨迹设计方法，其特征在于，三维网格上的第(i
m
,j
m
,k
m
)个位置)个位置其中Δ
D
表示离散精度。5.如权利要求4所述的无人机物流轨迹设计方法，其特征在于，对三维网格中每个网格单元高度离散化，得到多个信道增益图，第m个地面基站的信道增益图表示为：其中i
m
,j
m
,k
m
分别表示将三维空间离散化之后，空间网格在x、y、z轴上编号，分别表示空间网格在x、y、z轴上的离散的个数，同时表示信道增益图的数量，。6.一种无人机物流轨迹设计系统，其特征在于，包括初始化单元、无线电地图生成单元、预处理单元、最短路径计算单元、最佳访问顺序及初始轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鼎成，邓子聪，陈育靖，李峰，高赟，吴法辉，肖霖，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：