一种流域应急无人机的路径规划及避障方法技术

本发明专利技术提供了一种流域应急无人机的路径规划及避障方法，涉及无人机技术领域，所述方法方法包括以无人机平台为中心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图；从局部任务区域中随机选择一个任务节点，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务区域中扫描，直到局部任务区域中的所有任务节点均已扫描，获取第一路径；获取第一路径上的障碍圆，根据所述障碍圆按照预设避障策略确定偏移路径集，根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正，得到第二路径集；以任务节点总数最大为目标，能耗和载重为约束，从第二路径集中确定出目标路径。本发明专利技术的方法规划的路径更优，能够有效提高无人机的利用率，以满足应急任务需求。以满足应急任务需求。以满足应急任务需求。

【技术实现步骤摘要】
一种流域应急无人机的路径规划及避障方法


[0001]本专利技术涉及无人机
，特别是涉及一种流域应急无人机的路径规划及避障方法。

技术介绍

[0002]我国土地辽阔，河流分布众多，丰富的河流水资源对我们的的经济发展具有重大的意义。这些水资源可以用于水利发电、农业生产、交通运输等。同时，江河流域地势比较复杂河道库区两侧多是高山峡谷，经常有泥石流等地质灾害发生。一旦河道库区坡体发生大规模滑坡，土石堵塞河道容易形成堰塞湖，对水电站的发电量及周边居民安全会造成重大影响。
[0003]近年来，无人机技术发展迅速，由于其灵活、快速以及不受地形环境等条件制约的特点，逐渐运用在河流流域的测绘以及三维建模等，然而现有的面向河流流域的无人机路径规划方法无法满足流域应急救援需求。
[0004]因此发展一种流域应急无人机的路径规划及避障方法成为了一种迫切需要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种流域应急无人机的路径规划及避障方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一方面，提供一种流域应急无人机的路径规划及避障方法，包括：以无人机平台为中心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，其中，所述任务图包括多个局部任务区域，所述局部任务区域中的障碍物以障碍圆标识；
[0008]从局部任务区域中随机选择一个任务节点，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务区域中扫描，直到局部任务区域中的所有任务节点均已扫描，获取第一路径，其中，所述第一路径为是以无人机平台为始末点、任务节点为中间点的直线路径；
[0009]获取第一路径上的障碍圆，根据所述障碍圆按照预设避障策略确定偏移路径集，根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正，得到第二路径集；
[0010]以任务节点总数最大为目标，能耗和载重为约束，从第二路径集中确定出目标路径。
[0011]优选地，以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，包括：
[0012]获取地理信息、天气信息、任务信息，将所述地理信息、天气信息和任务信息输入预先训练的高度预估模型，得到最佳飞行高度；
[0013]根据所述最佳高度从三维流域图中抽取各个障碍物的二维图，为每个障碍物的二维图拟合一个障碍圆；
[0014]将障碍圆添加至任务节点图中，得到初始任务图。
[0015]优选地，以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，还包括：
[0016]以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率和任务节点覆盖率为半径约束，在将初始任务图划分为一个圆形任务区域和多个环形任务区域，得到任务图。
[0017]优选地，以障碍物覆盖率和任务节点覆盖率为半径约束包括：各个任务区域之间的障碍物覆盖率和任务节点覆盖率的差值均在预设范围内。
[0018]优选地，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务图中扫描包括：
[0019]在所述局部任务区域为圆形区域时，以第一任务节点为起始点、以射线型扫描的方式将扫描到的任务节点逐一添加至初始路径，得到第一路径；
[0020]在所述局部区域为环形区域时，以第一任务节点为起始点、以波浪型扫描的方式将扫描到的任务节点逐一添加至初始路径，得到第一路径。
[0021]优选地，所述初始路径包括作为始末点的无人机平台以及作为起始点的第一任务节点。
[0022]优选地，获取第一路径上的障碍圆，根据所述障碍圆按照预设避障策略确定偏移路径集，包括：
[0023]在所述障碍圆的外侧，构建若干障碍圆的同心圆，各个同心圆不与其他障碍圆相交且相邻同心圆之间的半径差为预设值；
[0024]在同心圆的切线经过下一任务节点与所述同心圆的切线时，将所述切线与同心圆的切点作为偏移点，根据所述偏移点确定偏移路径，所述偏移路径包括弧线路径；
[0025]重复上述内容，直到获取到所有同心圆对应的偏移路径，得到偏移路径集。
[0026]优选地，根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正，得到第二路径集包括：
[0027]根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正；
[0028]重复上述内容，直到相邻的两个任务节点之间没有障碍物，得到第二路径集。
[0029]优选地，以任务节点总数最大为目标，能耗和载重为约束，从第二路径集中确定出目标路径包括：
[0030]确定目标函数，所述目标函数为：
[0031][0032]式中，H为第二路径中所有任务节点的集合，F
γ
为任务节点存在标识，若任务节点γ存在于目标路径，则F
γ
＝1，若任务节点γ不存在于目标路径，则F
γ
＝0；
[0033]确定能耗和载重约束，所述能耗和载重约束为：
[0034][0035][0036][0037]式中，F表示目标路径中的任务节点的集合，N
γ
表示任务节点γ的载重需求值，E
γ
表示任务节点γ至任务节点γ+1的能耗值，n表示任务节点γ至任务节点γ+1对应路径中的直线路径的数量，L
γi
表示第γi条直线路径的长度，m表示任务节点γ至任务节点γ+1对
应路径中的弧线路径的数量，L
γj
表示第γj条弧线路径的长度，R
γj
表示第γj条弧线路径的半径，ΔN表示额定载重减少量，表示第一任务节点至任务节点γ的载重需求总值，a、b、c、d为常数；
[0038]利于预设算法从所述第二路径集中确定出目标路径。
[0039]另一方面，提供一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。
[0040]本专利技术的有益效果为：本专利技术实施例提供了一种流域应急无人机的路径规划及避障方法，能够以无人机平台为中心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，其中，所述任务图包括多个局部任务区域，所述局部任务区域中的障碍物以障碍圆标识；从局部任务区域中随机选择一个任务节点，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务区域中扫描，直到局部任务区域中的所有任务节点均已扫描，获取第一路径，其中，所述第一路径为是以无人机平台为始末点、任务节点为中间点的直线路径；获取第一路径上的障碍圆，根据所述障碍圆按照预设避障策略确定偏移路径集，根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正，得到第二路径集；以任务节点总数最大为目标，能耗和载重为约束，从第二路径集中确定出目标路径。本专利技术的方法规划的路径更优，能够有效提高无人机的利用率，以满足应急任务需求。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例提供了一种流域应急无人机的路径规划及避障方法的流程图。
具体实施方式
[0042]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流域应急无人机的路径规划及避障方法，其特征在于，包括：以无人机平台为中心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，其中，所述任务图包括多个局部任务区域，所述局部任务区域中的障碍物以障碍圆标识；从局部任务区域中随机选择一个任务节点，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务区域中扫描，直到局部任务区域中的所有任务节点均已扫描，获取第一路径，其中，所述第一路径为是以无人机平台为始末点、任务节点为中间点的直线路径；获取第一路径上的障碍圆，根据所述障碍圆按照预设避障策略确定偏移路径集，根据所述偏移路径集对所述第一路径进行修正，得到第二路径集；以任务节点总数最大为目标，能耗和载重为约束，从第二路径集中确定出目标路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，包括：获取地理信息、天气信息、任务信息，将所述地理信息、天气信息和任务信息输入预先训练的高度预估模型，得到最佳飞行高度；根据所述最佳高度从三维流域图中抽取各个障碍物的二维图，为每个障碍物的二维图拟合一个障碍圆；将障碍圆添加至任务节点图中，得到初始任务图。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率为半径约束，构建任务图，还包括：以无人机平台为圆心、障碍物覆盖率和任务节点覆盖率为半径约束，在将初始任务图划分为一个圆形任务区域和多个环形任务区域，得到任务图。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以障碍物覆盖率和任务节点覆盖率为半径约束包括：各个任务区域之间的障碍物覆盖率和任务节点覆盖率的差值均在预设范围内。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以随机选择的任务节点为起始点在局部任务图中扫描包括：在所述局部任务区域为圆形区域时，以第一任务节点为起始点、以射线型扫描的方式将扫描到的任务节点逐一添加至初始路径，得到第一路径；在所述局部区域为环形区域时，以第一任务节点为起始点、以波浪型扫描的方式将扫描到的任务节点逐一添加至初始路径，得到第一路径。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始路径包括作为始末点的无人机平台以及作为起始点的第一任务节点。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取第一路径上的障碍圆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：万欣，贺玉彬，刘敏，黄颖，王成龙，
申请(专利权)人：国能大渡河大数据服务有限公司，
类型：发明
国别省市：