專利名稱：一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通技術(shù)領(lǐng)域，涉及無人機(jī)巡航方法，尤其是一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前無人機(jī)在交通運(yùn)輸中的作用越來越受到重視，且無人飛機(jī)在交通事故處理、 交通信息采集和處理、交通流聚集和擴(kuò)散規(guī)律、交通路段和交叉口車輛及行人行駛狀態(tài)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但是由于國內(nèi)交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)τ跓o人機(jī)的研究剛起步，目前尚未形成較系統(tǒng)的無人機(jī)區(qū)域路網(wǎng)巡航方法。因而，制定合理的無人機(jī)巡航方案具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)(UAV)巡航方法，可對區(qū)域進(jìn)行劃分巡航，具有高效性及高覆蓋性。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其包括以下步驟1)對道路進(jìn)行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時(shí)能有所區(qū)別；2)根據(jù)無人機(jī)巡航半徑及地面控制中心對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行飛行小區(qū)初步劃分；3)對每個(gè)飛行小區(qū)中不同等級的道路進(jìn)行無人機(jī)飛行路徑優(yōu)化，并根據(jù)無人機(jī)路徑優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行巡航時(shí)間約束的檢驗(yàn)，若滿足條件，則確定為最優(yōu)路徑；否則轉(zhuǎn)入下一步。本發(fā)明中一個(gè)飛行小區(qū)僅由一架無人機(jī)進(jìn)行巡航。4)若不滿足巡航時(shí)間約束，則采用聚類分析法對各小區(qū)進(jìn)一步劃分；5)重復(fù)幻、4)兩步，直到滿足所有約束，得到最終優(yōu)化小區(qū)及優(yōu)化路徑，確定巡航方案。所述對道路進(jìn)行分級，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)A.確定評價(jià)指標(biāo)(如事故發(fā)生率等)；B.分析統(tǒng)計(jì)與評價(jià)指標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)，確定與評價(jià)指標(biāo)相關(guān)的影響因素，并利用回歸模型確定對評價(jià)指標(biāo)有顯著影響的因素，建立預(yù)測模型；C.預(yù)測評價(jià)指標(biāo)的未來值，并利用基于經(jīng)驗(yàn)的貝葉斯公式對預(yù)測值與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，充分考慮歷史數(shù)據(jù)對未來值發(fā)生預(yù)測的參考意義，從而得到評價(jià)指標(biāo)的期望值。對道路進(jìn)行分級，是把巡航路段劃分為不同等級，為無人機(jī)巡航方案安排的提供了一個(gè)分類指標(biāo)，可根據(jù)重要度對各分類安排不同強(qiáng)度的巡航。所述小區(qū)初步劃分，利用現(xiàn)有的地面控制中心作為無人機(jī)的地面控制臺，即利用現(xiàn)有地面控制中心及無人機(jī)的巡航半徑把區(qū)域劃分為多個(gè)圓形區(qū)域，作為初步的巡航小區(qū)；對于沒有被覆蓋的道路，則以最大覆蓋率為原則增設(shè)地面控制中心。在初步劃分過程中，允許不同地面控制中心的可監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)交叉。同時(shí)處于兩個(gè)或多個(gè)可監(jiān)控區(qū)域范圍(地面控制中心)內(nèi)的路段，可根據(jù)實(shí)際需要劃分到不同可監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的飛行小區(qū)內(nèi)。若其同時(shí)處于現(xiàn)有地面控制中心和新增地面控制中心交叉區(qū)域，且新增地面控制中心可監(jiān)控范圍內(nèi)的目標(biāo)路段較少，則此路段優(yōu)先劃入新增可監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的飛行小區(qū)。所述無人機(jī)飛行路徑優(yōu)化對道路進(jìn)行等級劃分后，每個(gè)等級的道路均是離散分布在整個(gè)區(qū)域中。由于巡航路段為常速，因而可將路段抽象成單個(gè)點(diǎn)，同時(shí)，為每個(gè)抽象點(diǎn)賦予“懲罰函數(shù)”，表示UAV 在(抽象點(diǎn))路段需要的巡航時(shí)間。以i、j兩個(gè)路段為例(其端點(diǎn)分別為a” bi及 +1、 bi+1)，從第i個(gè)路段飛到第j個(gè)路段的飛行里程為
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其特征在于其包括以下步驟1)對道路進(jìn)行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時(shí)能有所區(qū)別；2)根據(jù)無人機(jī)巡航半徑及地面控制中心對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行飛行小區(qū)初步劃分，一個(gè)飛行小區(qū)由一架無人機(jī)進(jìn)行巡航；3)對每個(gè)飛行小區(qū)中不同等級的道路進(jìn)行無人機(jī)飛行路徑優(yōu)化，并根據(jù)無人機(jī)路徑優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行巡航時(shí)間約束的檢驗(yàn)，若滿足條件，則確定為最優(yōu)路徑；否則轉(zhuǎn)入下一步；4)若不滿足巡航時(shí)間約束，則采用聚類分析法對各小區(qū)進(jìn)一步劃分；5)重復(fù)；3)、4)兩步，直到滿足所有約束，得到最終優(yōu)化小區(qū)及優(yōu)化路徑，確定巡航方案。
2.如權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其特征在于 所述對道路進(jìn)行分級，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的A.確定評價(jià)指標(biāo)；B.分析統(tǒng)計(jì)與評價(jià)指標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)，確定與評價(jià)指標(biāo)相關(guān)的影響因素，并利用回歸模型確定對評價(jià)指標(biāo)有顯著影響的因素，建立預(yù)測模型；C.預(yù)測評價(jià)指標(biāo)的未來值，并利用基于經(jīng)驗(yàn)的貝葉斯公式對預(yù)測值與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，充分考慮歷史數(shù)據(jù)對未來值的參考意義，從而得到評價(jià)指標(biāo)的期望值。
3.如權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其特征在于 所述小區(qū)初步劃分，利用現(xiàn)有地面控制中心作為無人機(jī)的地面控制臺，將現(xiàn)有地面控制中心及無人機(jī)的巡航半徑把區(qū)域劃分為多個(gè)圓形區(qū)域，作為初步的巡航小區(qū)；對于沒有被覆蓋的道路，則以最大覆蓋率為原則增設(shè)地面控制中心；初步劃分過程中，允許不同地面控制中心的可監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)交叉；同時(shí)處于兩個(gè)或多個(gè)可監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi)的路段，根據(jù)實(shí)際需要劃分到不同可監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的飛行小區(qū)內(nèi)；若其同時(shí)處于現(xiàn)有地面控制中心和新增地面控制中心交叉區(qū)域，且新增地面控制中心可監(jiān)控范圍內(nèi)的目標(biāo)路段較少，則此路段優(yōu)先劃入新增地面控制中心可監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的飛行小區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其特征在于 所述無人機(jī)飛行路徑優(yōu)化，包括以下步驟由于巡航路段為常速，將路段抽象成單個(gè)點(diǎn)，為每個(gè)抽象點(diǎn)賦予“懲罰函數(shù)”，表示無人機(jī)在路段需要的巡航時(shí)間；以i、j兩個(gè)路段為例，其端點(diǎn)分別為a” bi及％+1、bi+1，從第i個(gè)路段飛到第j個(gè)路段的飛行里程為
5.如權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其特征在于 所述小區(qū)進(jìn)一步劃分是利用聚類分析劃分小區(qū)，包括以下步驟采用ArcGIS軟件中所提供的高低聚類工具High/Low Clustering Tool對研究區(qū)域內(nèi)的路段的聚集程度進(jìn)行衡量，其主要計(jì)算公式為描述所有路段間空間關(guān)系的General G指標(biāo)的計(jì)算公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)小區(qū)劃分的區(qū)域路網(wǎng)無人機(jī)巡航方法，其包括對道路進(jìn)行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時(shí)能有所區(qū)別；根據(jù)無人機(jī)巡航半徑及地面控制中心對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行飛行小區(qū)初步劃分，一個(gè)飛行小區(qū)由一架無人機(jī)進(jìn)行巡航；對每個(gè)飛行小區(qū)中不同等級的道路進(jìn)行無人機(jī)飛行路徑優(yōu)化，并根據(jù)無人機(jī)路徑優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行巡航時(shí)間約束的檢驗(yàn)，若滿足條件，則確定為最優(yōu)路徑；否則轉(zhuǎn)入下一步；若不滿足巡航時(shí)間約束，則采用聚類分析法對各小區(qū)進(jìn)一步劃分；重復(fù)前述步驟，直到滿足所有約束，得到最終優(yōu)化小區(qū)及優(yōu)化路徑，確定巡航方案。
文檔編號G08G5/00GK102426806SQ20111034862
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者孫健, 常云濤, 彭仲仁, 閆慶雨 申請人:同濟(jì)大學(xué)