本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏與路徑規(guī)劃，尤其涉及一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、高原地區(qū)巡邏任務(wù)通常具有巡邏范圍大、航程長(zhǎng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，巡邏區(qū)域往往跨越山地、峽谷、坡面等復(fù)雜地形區(qū)域。在該類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景中，巡邏任務(wù)不僅涉及巡邏無(wú)人機(jī)沿預(yù)定區(qū)域執(zhí)行持續(xù)覆蓋，還涉及多無(wú)人機(jī)之間的任務(wù)分配、航跡組織以及巡邏過(guò)程中的通信覆蓋保持。
2、隨著巡邏任務(wù)持續(xù)執(zhí)行，氣壓、溫度等高原環(huán)境條件以及通信鏈路狀態(tài)、無(wú)人機(jī)狀態(tài)可能持續(xù)變化，任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的運(yùn)行條件具有明顯的不確定性。現(xiàn)有多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏技術(shù)在面向高原復(fù)雜地形進(jìn)行航跡規(guī)劃時(shí)，往往難以同時(shí)兼顧后續(xù)動(dòng)態(tài)事件處置對(duì)航跡和任務(wù)組織的持續(xù)影響；而在巡邏執(zhí)行過(guò)程中，面對(duì)環(huán)境變化、禁飛區(qū)域變化、無(wú)人機(jī)故障或通信覆蓋狀態(tài)變化等情況，現(xiàn)有處理方式又難以與前期航跡規(guī)劃結(jié)果保持連續(xù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3、由此，在高原場(chǎng)景下的多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏過(guò)程中，現(xiàn)有技術(shù)普遍存在靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度銜接不足、任務(wù)接續(xù)不穩(wěn)定、航跡調(diào)整與任務(wù)組織不同步以及通信覆蓋維持困難等問(wèn)題，從而對(duì)巡邏任務(wù)的持續(xù)組織和穩(wěn)定執(zhí)行形成限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法及系統(tǒng)。該方法圍繞高原復(fù)雜地形及不確定運(yùn)行條件下的多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏任務(wù)，構(gòu)建了由環(huán)境建模與性能參數(shù)修正、地形感知靜態(tài)航跡規(guī)劃、動(dòng)態(tài)事件驅(qū)動(dòng)的重調(diào)度處理以及通信覆蓋后驗(yàn)檢查組成的統(tǒng)一運(yùn)行鏈路，使靜態(tài)航跡規(guī)劃結(jié)果能夠與巡邏執(zhí)行期間的環(huán)境變化、故障處置、任務(wù)接續(xù)和通信保障過(guò)程形成連續(xù)銜接關(guān)系，從而提高多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏任務(wù)在高原場(chǎng)景下的穩(wěn)定性、連續(xù)性和適應(yīng)性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面，提供了一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，包括：
3、接收巡邏任務(wù)指令，獲取巡邏點(diǎn)集合、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以及高原環(huán)境對(duì)應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；
4、根據(jù)所述氣壓數(shù)據(jù)和所述溫度數(shù)據(jù)確定綜合環(huán)境修正因子，并基于所述綜合環(huán)境修正因子確定修正后實(shí)際性能參數(shù)；
5、基于所述數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)和所述修正后實(shí)際性能參數(shù)，對(duì)所述巡邏點(diǎn)之間的候選飛行路徑執(zhí)行地形感知靜態(tài)航跡規(guī)劃，其中，通過(guò)對(duì)候選路徑執(zhí)行陡升模式、陡降模式和陡轉(zhuǎn)模式的比選，形成滿足地形安全約束并分配至各無(wú)人機(jī)的靜態(tài)航跡方案；
6、按照所述靜態(tài)航跡方案執(zhí)行巡邏任務(wù)，并采集環(huán)境數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)，基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)、所述無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和所述通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)動(dòng)態(tài)事件并確定事件類(lèi)型；
7、根據(jù)所述事件類(lèi)型，對(duì)受影響的剩余航跡、剩余巡邏任務(wù)和通信覆蓋狀態(tài)中的相應(yīng)項(xiàng)目執(zhí)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，其中，所述對(duì)應(yīng)調(diào)整至少包括：當(dāng)所述事件類(lèi)型為環(huán)境突變或動(dòng)態(tài)禁飛區(qū)時(shí)，對(duì)受影響無(wú)人機(jī)的剩余航跡執(zhí)行重規(guī)劃；當(dāng)所述事件類(lèi)型為無(wú)人機(jī)故障時(shí)，為故障無(wú)人機(jī)生成安全著陸路徑，并將故障無(wú)人機(jī)的剩余巡邏任務(wù)重分配至其他可用無(wú)人機(jī)；當(dāng)所述事件類(lèi)型為中繼無(wú)人機(jī)失效，或者根據(jù)所述通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)判定通信覆蓋狀態(tài)下降時(shí)，執(zhí)行中繼網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整；
8、對(duì)所述對(duì)應(yīng)調(diào)整后的通信覆蓋狀態(tài)執(zhí)行后驗(yàn)檢查，并根據(jù)后驗(yàn)檢查結(jié)果確定繼續(xù)執(zhí)行巡邏任務(wù)或繼續(xù)執(zhí)行所述中繼網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
9、本發(fā)明的第二方面，提供了一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度系統(tǒng)，包括機(jī)載處理器、存儲(chǔ)器、傳感器組件和通信組件，所述機(jī)載處理器分別與所述存儲(chǔ)器、所述傳感器組件和所述通信組件連接，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可由所述機(jī)載處理器執(zhí)行的程序指令，所述程序指令在被執(zhí)行時(shí)使所述機(jī)載處理器調(diào)用：
10、高原環(huán)境建模與無(wú)人機(jī)性能修正模塊，用于根據(jù)所述傳感器組件采集的氣壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)確定綜合環(huán)境修正因子，并基于所述綜合環(huán)境修正因子確定修正后實(shí)際性能參數(shù)；
11、地形感知靜態(tài)航跡規(guī)劃模塊，用于接收由所述通信組件接收的巡邏任務(wù)指令中的巡邏點(diǎn)集合和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，并基于所述修正后實(shí)際性能參數(shù)對(duì)所述巡邏點(diǎn)之間的候選飛行路徑執(zhí)行地形感知靜態(tài)航跡規(guī)劃，其中，通過(guò)對(duì)候選路徑執(zhí)行陡升模式、陡降模式和陡轉(zhuǎn)模式的比選，形成滿足地形安全約束并分配至各無(wú)人機(jī)的靜態(tài)航跡方案；
12、傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，用于接收所述傳感器組件采集的環(huán)境數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所述通信組件獲取的通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)，并基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)、所述無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和所述通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)動(dòng)態(tài)事件并確定事件類(lèi)型；
13、動(dòng)態(tài)重調(diào)度模塊，用于根據(jù)所述事件類(lèi)型，對(duì)受影響的剩余航跡、剩余巡邏任務(wù)或通信覆蓋狀態(tài)執(zhí)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，并對(duì)所述對(duì)應(yīng)調(diào)整后的通信覆蓋狀態(tài)執(zhí)行后驗(yàn)檢查，以根據(jù)后驗(yàn)檢查結(jié)果確定繼續(xù)執(zhí)行巡邏任務(wù)或繼續(xù)執(zhí)行所述中繼網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整；其中，所述對(duì)應(yīng)調(diào)整至少包括：當(dāng)所述事件類(lèi)型為環(huán)境突變或動(dòng)態(tài)禁飛區(qū)時(shí)，對(duì)受影響無(wú)人機(jī)的剩余航跡執(zhí)行重規(guī)劃；當(dāng)所述事件類(lèi)型為無(wú)人機(jī)故障時(shí)，為故障無(wú)人機(jī)生成安全著陸路徑，并將故障無(wú)人機(jī)的剩余巡邏任務(wù)重分配至其他可用無(wú)人機(jī)；當(dāng)所述事件類(lèi)型為中繼無(wú)人機(jī)失效，或者根據(jù)所述通信鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)判定通信覆蓋狀態(tài)下降時(shí)，執(zhí)行中繼網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法及系統(tǒng)，具有如下技術(shù)效果：
15、通過(guò)將環(huán)境建模與性能參數(shù)修正、靜態(tài)航跡規(guī)劃、動(dòng)態(tài)事件處置以及通信覆蓋狀態(tài)后驗(yàn)檢查納入統(tǒng)一運(yùn)行過(guò)程，多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏任務(wù)在高原復(fù)雜地形及不確定運(yùn)行條件下，能夠保持靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度之間的連續(xù)對(duì)應(yīng)關(guān)系；通過(guò)在巡邏任務(wù)持續(xù)執(zhí)行過(guò)程中對(duì)受影響航跡、任務(wù)組織關(guān)系和通信覆蓋狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，巡邏任務(wù)、航跡變化與通信保障之間能夠維持一致的運(yùn)行關(guān)系；通過(guò)上述整體運(yùn)行方式，多無(wú)人機(jī)協(xié)同巡邏中的任務(wù)接續(xù)關(guān)系、航跡調(diào)整關(guān)系和通信覆蓋關(guān)系能夠在同一任務(wù)周期內(nèi)持續(xù)保持，從而使協(xié)同運(yùn)行穩(wěn)定性和連續(xù)性得到維持，并使高原場(chǎng)景下巡邏任務(wù)的持續(xù)組織和穩(wěn)定執(zhí)行具備相應(yīng)支撐。
1.一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述地形感知靜態(tài)航跡規(guī)劃包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述陡升模式包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述陡降模式包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述陡轉(zhuǎn)模式包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，當(dāng)所述事件類(lèi)型為環(huán)境突變或動(dòng)態(tài)禁飛區(qū)時(shí)，所述對(duì)受影響無(wú)人機(jī)的剩余航跡執(zhí)行重規(guī)劃包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)故障包括動(dòng)力故障、傳感器故障和結(jié)構(gòu)或氣動(dòng)故障中的至少一種；所述為故障無(wú)人機(jī)生成安全著陸路徑包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述將故障無(wú)人機(jī)的剩余巡邏任務(wù)重分配至其他可用無(wú)人機(jī)包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度方法，其特征在于，所述中繼網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整包括：
10.一種高原多無(wú)人機(jī)靜態(tài)航跡規(guī)劃與動(dòng)態(tài)重調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)載處理器、存儲(chǔ)器、傳感器組件和通信組件，所述機(jī)載處理器分別與所述存儲(chǔ)器、所述傳感器組件和所述通信組件連接，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可由所述機(jī)載處理器執(zhí)行的程序指令，所述程序指令在被執(zhí)行時(shí)使所述機(jī)載處理器調(diào)用：