一种基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115774459A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202211594784.6(22)申请日2022.12.13(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人吴忧洪梅黄海平朱洁张伟杨健何鹏飞薛宇宁(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243专利代理师王素琴(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法(57)摘要本发明属于无人机路径规划技术领域，具体地说，是一种基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法，为了克服传统栅格法的信息单一不符合实际和确定性算法的局部最优的缺陷，解决环境信息复杂时变、突发情况应急处理、周期巡逻覆盖和隐患消除跟踪等问题，本发明通过优化现有栅格建模方法构建无人机安全风险区划图、重点区域等级区划图和无人机航行速度与探测距离区划图，生成巡逻区域环境信息与速度分布区划图，由任务控制中心进行战术选择，将静态规划与动态规划结合、区域规划与速度规划结合，进而满足约束条件完成路径优化任务。本发明在无人机规划的民用领域和军用领域均有工程实践性，有助于提高任务执行效率。CN115774459ACN115774459A权利要求书1/3页1.一种基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、初始化任务控制中心，选择需要无人机探测巡逻的区域，获取环境相关数据进行分析，生成该区域的无人机安全航行风险区划图；步骤二、任务控制中心确认巡逻区域内重点区域分布情况数据进行分析和标记，生成该区域的重点区域等级区划图；步骤三、任务控制中心根据无人机清晰度计算动态探测范围，生成无人机探测距离区划图；步骤四、任务控制中心根据无人机安全航行风险区划图、重点区域等级区划图、无人机航行速度与探测距离区划图，进行区域图综合分析，根据约束条件初始化和优化巡逻区域与速度分布区划图；步骤五、任务控制中心读取巡逻区域环境信息与速度分布区划图，生成战术方案，设置约束条件和优化目标，构造约束条件函数F和优化目标函数G；步骤六、任务控制中心发布任务给无人机执行多目标实时动态路径规划，建立周期巡逻效能反馈机制、突发情况应急处理和隐患消除跟踪方案。2.根据权利要求1所述的基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法，其特征在于，所述步骤一的具体流程如下：流程1.1、任务控制中心确认探测区域，收集该区域的环境基础数据、环境特征数据集和实际检验评估数据集，识别区域环境风险因子；流程1.2、构建安全航行评估模型与指标体系，综合考虑环境风险因子，根据评估模型设定不同权重值计算环境风险因子的综合风险值，将综合风险值进行分级，设置五种风险等级：低风险、较低风险、中风险、较高风险、高风险并以不同颜色标注；流程1.3、在下一次巡逻周期开始之前再次收集区域的环境基础数据、环境特征数据集和实际检验评估数据集，数据信息如有更新，执行流程1.1，否则继续生成无人机安全航行风险区划图。3.根据权利要求2所述的基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法，其特征在于，所述步骤二的具体流程如下：流程2.1、任务控制中心确认探测区域内的重点区域分布情况，通过先验知识和专家评估，识别重点区域影响因子；流程2.2、构建重点区域等级评估模型，综合考虑区域与任务执行效能相关度，设定不同权重值根据评估模型计算重点区域影响因子的综合影响值，将综合影响值进行分级，设置四种风险等级：一般重要、比较重要、重要、非常重要，并根据区域等级以不同颜色进行重点标记，设置重要等级相对应的无人机航行速度区间；流程2.3、在下一次巡逻周期开始之前确认探测区域内的重点区域分布情况，重点区域分布信息如有更新，执行流程2.1，否则继续生成重点区域等级区划图。4.根据权利要求3所述的基于改进栅格法的无人机巡逻路径规划方法，其特征在于，所述步骤三的具体流程如下：流程3.1、任务控制中心选定执行任务的无人机设备，确认其探测高度范围，构建无人机航行速度与气候天气因素关系模型，确定速度变化区间，构建无人机航行速度和探测范围关系模型，解决不合理速度变化导致图像不清晰探测范围受限、巡逻效能降低和资源浪2CN115774459A权利要求书2/3页费的问题；流程3.2、在无人机航行速度和探测范围关系模型的基础上，识别和引入气候天气、探测时间、设备性能无人机机载摄像头清晰度影响因子，优化完善无人机实际动态探测范围，不同速度对应不同探测范围；流程3.3、在下一次巡逻周期开始之前确认环境数据情况，环境数据如有更新，执行流程3.1，否则继续生成无人机航行速度与探测距离区划图。5.根据权利要求4所述的基于改进栅格法的