本發(fā)明涉及電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理，具體為基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、森林火災(zāi)的頻發(fā)已成為一個備受關(guān)注的全球性問題。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測和處置方法普遍依賴于高空衛(wèi)星拍攝、人力地面巡查、人工設(shè)置的火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備等手段，這些方法雖然能在一定程度上獲取火災(zāi)信息，但存在響應(yīng)速度慢、實時性差、覆蓋范圍有限、成本高以及安全隱患的問題。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和虛擬仿真技術(shù)的日臻成熟，利用無人機(jī)蜂群進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測成為了一種新興的技術(shù)手段。無人機(jī)蜂群的自主協(xié)作能力和靈活的飛行特性使其在復(fù)雜地形和惡劣環(huán)境下的火災(zāi)監(jiān)測中顯示出極大的潛力。然而，目前很多無人機(jī)蜂群的應(yīng)用多停留在基本的偵查、拍攝功能，缺乏深度的協(xié)同分析和預(yù)測能力。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的，公開號為cn118194712a，名稱為一種異構(gòu)無人機(jī)蜂群配置優(yōu)化方法及系統(tǒng)，應(yīng)用于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。方法包括以下步驟：根據(jù)集群任務(wù)需求進(jìn)行無人機(jī)蜂群配置設(shè)計；通過adc效能評估方法生成無人機(jī)蜂群綜合效能評估樣本；訓(xùn)練綜合效能評估模型進(jìn)行效能評估；通過成本評估工程方法生成無人機(jī)蜂群全壽命周期成本評估樣本；訓(xùn)練全壽命周期成本評估模型進(jìn)行成本評估；基于無人機(jī)蜂群的效能評估結(jié)果和成本評估結(jié)果獲得效費關(guān)系，優(yōu)化效費關(guān)系獲得無人機(jī)蜂群種類和數(shù)量的配置方案。該方法在配置異構(gòu)無人機(jī)蜂群的方案設(shè)計時考慮了蜂群編隊效能和成本權(quán)衡的問題，可用于進(jìn)行高效的無人機(jī)蜂群配置方案設(shè)計，滿足無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)低成本高效能的要求。

3、在分析火災(zāi)擴(kuò)散方面，多數(shù)技術(shù)手段多基于歷史數(shù)據(jù)或缺乏實時感知的動態(tài)變化參數(shù)，從而限制了火情預(yù)測的效果。尤其是在森林邊界區(qū)域的火災(zāi)監(jiān)控中，現(xiàn)有技術(shù)難以進(jìn)行細(xì)粒度的環(huán)境參數(shù)采集和分析，導(dǎo)致預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時性受到影響

4、在上述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，具體步驟包括：

4、步驟s1：確定當(dāng)前森林中的火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域，并在該火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域的邊界線上布置多個監(jiān)測點，在每個監(jiān)測點上選定位于火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域邊界線外側(cè)并緊鄰邊界線的目標(biāo)植物，作為監(jiān)測對象；

5、使無人機(jī)蜂群的偵查無人機(jī)部署在這些監(jiān)測點上，以采集相應(yīng)監(jiān)測點下方目標(biāo)植物在當(dāng)前監(jiān)測時間段內(nèi)的植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)，該植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)包括植物蒸騰速率、葉片反射率和熱輻射強(qiáng)度；

6、步驟s2：在各監(jiān)測點下方的目標(biāo)植物中，對當(dāng)前監(jiān)測時間段內(nèi)采集的多組植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行分析，以分別計算出反映植物蒸騰速率、葉片反射率和熱輻射強(qiáng)度變化速率的第一變化趨勢系數(shù)、第二變化趨勢系數(shù)和第三變化趨勢系數(shù)；

7、步驟s3：對各監(jiān)測點計算得到的第一變化趨勢系數(shù)、第二變化趨勢系數(shù)和第三變化趨勢系數(shù)進(jìn)行綜合分析，生成各監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)；

8、步驟s4：將邊界線上布置的多個監(jiān)測點劃分為至少四個方向區(qū)域，針對每個方向區(qū)域內(nèi)所包含監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行分析，以生成用于描述對應(yīng)方向區(qū)域的火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果的火災(zāi)預(yù)測模型，其中火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果體現(xiàn)對應(yīng)方向區(qū)域的火災(zāi)蔓延增加趨勢；

9、步驟s5：根據(jù)各方向區(qū)域的火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果，對當(dāng)前火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域在各方向區(qū)域的火災(zāi)蔓延增加趨勢進(jìn)行優(yōu)先級排序，并根據(jù)該優(yōu)先級排序結(jié)果，為無人機(jī)蜂群提供任務(wù)角色分配和飛行路徑規(guī)劃的動態(tài)調(diào)整策略。

10、步驟s6：搭建一個用于無人機(jī)蜂群自主協(xié)同的虛擬仿真環(huán)境模型，在該虛擬仿真環(huán)境模型中，對各方向區(qū)域的火災(zāi)預(yù)測模型的輸出結(jié)果進(jìn)行驗證，根據(jù)驗證結(jié)果，對火災(zāi)預(yù)測模型的參數(shù)進(jìn)行糾正。

11、一種基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于執(zhí)行所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，包括：

12、數(shù)據(jù)采集模塊：用于確定當(dāng)前森林中的火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域，并在該火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域的邊界線上布置多個監(jiān)測點，在每個監(jiān)測點上選定位于火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域邊界線外側(cè)并緊鄰邊界線的目標(biāo)植物，作為監(jiān)測對象；

13、使無人機(jī)蜂群的偵查無人機(jī)部署在這些監(jiān)測點上，以采集相應(yīng)監(jiān)測點下方目標(biāo)植物在當(dāng)前監(jiān)測時間段內(nèi)的植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)，該植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)包括植物蒸騰速率、葉片反射率和熱輻射強(qiáng)度；

14、系數(shù)生成模塊：用于在各監(jiān)測點下方的目標(biāo)植物中，對當(dāng)前監(jiān)測時間段內(nèi)采集的多組植物熱輻射響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行分析，以分別計算出反映植物蒸騰速率、葉片反射率和熱輻射強(qiáng)度變化速率的第一變化趨勢系數(shù)、第二變化趨勢系數(shù)和第三變化趨勢系數(shù)；

15、指數(shù)生成模塊：用于對各監(jiān)測點計算得到的第一變化趨勢系數(shù)、第二變化趨勢系數(shù)和第三變化趨勢系數(shù)進(jìn)行綜合分析，生成各監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)；

16、模型構(gòu)建模塊：用于將邊界線上布置的多個監(jiān)測點劃分為至少四個方向區(qū)域，針對每個方向區(qū)域內(nèi)所包含監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行分析，以生成用于描述對應(yīng)方向區(qū)域的火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果的火災(zāi)預(yù)測模型，其中火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果體現(xiàn)對應(yīng)方向區(qū)域的火災(zāi)蔓延增加趨勢；

17、調(diào)整策略模塊：用于根據(jù)各方向區(qū)域的火災(zāi)趨勢預(yù)測結(jié)果，對當(dāng)前火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域在各方向區(qū)域的火災(zāi)蔓延增加趨勢進(jìn)行優(yōu)先級排序，并根據(jù)該優(yōu)先級排序結(jié)果，為無人機(jī)蜂群提供任務(wù)角色分配和飛行路徑規(guī)劃的動態(tài)調(diào)整策略；

18、糾正模塊：搭建一個用于無人機(jī)蜂群自主協(xié)同的虛擬仿真環(huán)境模型，在該虛擬仿真環(huán)境模型中，對各方向區(qū)域的火災(zāi)預(yù)測模型的輸出結(jié)果進(jìn)行驗證，根據(jù)驗證結(jié)果，對火災(zāi)預(yù)測模型的參數(shù)進(jìn)行糾正。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過在火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域的邊界線上布置監(jiān)測點，并部署偵查無人機(jī)實時采集目標(biāo)植物的熱輻射響應(yīng)參數(shù)，并以此來建立火災(zāi)預(yù)測模型，火災(zāi)預(yù)測模型為無人機(jī)蜂群提供任務(wù)分配與路徑規(guī)劃的優(yōu)化策略，同時，通過虛擬仿真環(huán)境的構(gòu)建與參數(shù)校正，使火災(zāi)預(yù)測模型得到了有效的驗證與完善；進(jìn)而提升了無人機(jī)蜂群在火災(zāi)監(jiān)控與處置中的整體效能。

技術(shù)特征：

1.基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于，具體步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：確定火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域并布置監(jiān)測點，以及目標(biāo)植物選擇，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：定義第i個監(jiān)測點在當(dāng)前監(jiān)測時間段內(nèi)的第一變化趨勢系數(shù)為αi，計算公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：定義第i個監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)為rfsi，rfsi用于綜合衡量第i個監(jiān)測點植物蒸騰速率、葉片反射率和熱輻射強(qiáng)度的變化趨勢，以評估植物對環(huán)境變化的整體響應(yīng)能力，計算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：將至少四個方向區(qū)域記為{1,2,…，u，…，u}，其中，u表示第u個方向區(qū)域的索引，u為方向區(qū)域總個數(shù)，且u≥4；定義第u個方向區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測點總數(shù)為nu，并將第u個方向區(qū)域內(nèi)任意一個監(jiān)測點的索引表示為i1(u)，i1(u)∈{1,2，…，nu}；進(jìn)而定義第u個方向區(qū)域內(nèi)第i1(u)個監(jiān)測點的植物熱輻射響應(yīng)指數(shù)為rfsi1(u)；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：對當(dāng)前火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域在各方向區(qū)域的火災(zāi)蔓延增加趨勢進(jìn)行優(yōu)先級排序，并根據(jù)該優(yōu)先級排序結(jié)果，為無人機(jī)蜂群提供任務(wù)角色分配和飛行路徑規(guī)劃的動態(tài)調(diào)整策略；具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：搭建無人機(jī)蜂群協(xié)同的虛擬仿真環(huán)境，并進(jìn)行火災(zāi)預(yù)測模型輸出的驗證與糾正，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，其特征在于：

9.一種基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)用于執(zhí)行權(quán)利要求1-8任意一項所述的基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供基于虛擬仿真的無人機(jī)蜂群自主協(xié)同分析方法及系統(tǒng)，涉及電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，通過在火災(zāi)目標(biāo)區(qū)域的邊界線上布置監(jiān)測點，并部署偵查無人機(jī)實時采集目標(biāo)植物的熱輻射響應(yīng)參數(shù)，并以此來建立火災(zāi)預(yù)測模型，火災(zāi)預(yù)測模型為無人機(jī)蜂群提供任務(wù)分配與路徑規(guī)劃的優(yōu)化策略，同時，通過虛擬仿真環(huán)境的構(gòu)建與參數(shù)校正，使火災(zāi)預(yù)測模型得到了有效的驗證與完善；進(jìn)而提升了無人機(jī)蜂群在火災(zāi)監(jiān)控與處置中的整體效能。

技術(shù)研發(fā)人員：趙曉葭,甘立峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15