一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110348611A(43)申请公布日2019.10.18(21)申请号201910542307.7(22)申请日2019.06.21(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市金花南路5号(72)发明人赵太飞屈瑶程敏花王俐锦张富强(74)专利代理机构北京国昊天诚知识产权代理有限公司11315代理人杨洲(51)Int.Cl.G06Q10/04(2012.01)G06Q10/06(2012.01)G06Q50/06(2012.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法及系统(57)摘要本发明公开了一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法及系统，通过无人机请求充电时的当前位置信息、剩余电量信息、任务航线信息、充电坪是否为空闲状态，考虑无人机低电能预警信息进行充电坪的最优分配，具有更高的预约稳定性；利用现有的移动通信基站，实现对无人机电量的补给有着良好的基础支持，减少了基础建设的资金投入；各个蜂窝基站的位置固定，便于进行无人机路径规划和充电坪寻址，此外，无人机与基站间和基站与基站之间很容易实现信息交互，可以为无人机提供更全面、更广泛的充电坪信息，有利于最优充电坪的选取。CN110348611ACN110348611A权利要求书1/2页1.一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、基站收集充电坪的当前状态，然后在等时间间隔内更新并广播相关信息；驶入基站通信半径内的无人机即可获取充电坪状况，根据自身电量及目的地距离等信息判定是否需要发起充电预约；步骤2、当电池电量低于充电阀值时，无人机选出当前位置到目的地之间的可用充电坪；步骤3、在获取可用充电坪后，计算无人机到各充电坪行驶所消耗的电量；综合考虑驶向充电坪的能耗、自身航向信息、剩余电量、任务紧急情况多个因素进行决策，实现最优的充电坪分配；步骤4、无人机向所选充电坪发送预约申请，包括无人机距离充电坪的位置、当前电量和预计到达时间；步骤5、在无人机驶向所选充电坪的过程中，利用新获取的信息决定是否更新其预约，如果需要更新，则重新预约新的充电坪，否则继续去原预约平台充电；步骤6、当充电完成后，无人机继续执行其任务。2.根据权利要求1所述的一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法，其特征在于，所述步骤2中，无人机充电阀值根据剩余电量的多少分为3级，当无人机剩余电量为30％～40％时为一级低电能预警档；当剩余电量为20％～30％时为二级低电能预警档；当剩余电量为10％～20％时为三级低电能预警档；当多架无人机竞争同一个充电坪时，预警级数越高的无人机具有更高的优先权来进行充电。3.根据权利要求1或2所述的一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法，其特征在于，所述步骤2中，根据无人机当前位置、目的地位置和无人机途中需要进行充电的次数，分为仅需一次充电和需要多次充电两种情况选择可用充电坪，具体过程为，S表示当前位置、D表示目的地，以S为圆心，以无人机剩余电量可达范围R_1为半径画圆，记为圆1；以D为圆心，以无人机充满电时的最大可达范围R_2为半径作圆，记为圆2；其中和式中Ec为无人机当前剩余电量，Rmax为电池充满时的总电量，αev为无人机飞行每米的能耗；两个圆之间重合区域的可用充电坪作为备选充电坪集合；当圆1和圆2之间没有重合区域，无人机需要进行多次充电才可以到达目的地；第一次充电所选的充电坪是圆1覆盖范围内的多个的备选充电坪中的一个，后续充电坪的选取在圆2的覆盖范围内进行选择。4.根据权利要求3所述的一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配方法，其特征在于，所述步骤3中，影响决策的因素及其权重计算具体过程为：(a)无人机行驶过程中每米的耗能为αev，根据无人机与基站之间的距离r计算无人机到达充电坪的能耗，耗能越大权重越小，记为w1＝ε·αev·r，其中ε为耗能权重系数；(b)根据无人机目的地与充电坪位置是否在同一方向，若两者方向一致则设定较大的权重，若两者不在同一方向，即无人机要花费更大的代价进行充电，则设定较小的权重，记为w2；(c)无人机剩余电量越少则权重越大，记为2CN110348611A权利要求书2/2页w3；(d)无人机执行任务的重要程度越高，权重越大，记为w4；(e)根据w＝w1+w2+w3+w4，w值越大具有更高的优先级来进行充电。5.一种联网无人机预约5G基站充电坪的最优分配系统，其特征在于，包括多个5G基站充电坪和无人机，每个5G基站充电坪设有一个或多个充电坪数据信息处理模块，无人机上设置有互相网络连接的定位导航系统、无人机数据信息处理模块以及充电引导信息发布模块，充电坪数