專利名稱：一種基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法
技術領域：
本發明屬于交通技術領域，涉及無人機巡航方法，尤其是一種基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法。
背景技術：
當前無人機在交通運輸中的作用越來越受到重視，且無人飛機在交通事故處理、 交通信息采集和處理、交通流聚集和擴散規律、交通路段和交叉口車輛及行人行駛狀態等方面有著廣泛的應用前景。但是由于國內交通運輸領域對于無人機的研究剛起步，目前尚未形成較系統的無人機區域路網巡航方法。因而，制定合理的無人機巡航方案具有廣泛的現實意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于動態小區劃分的區域路網無人機(UAV)巡航方法，可對區域進行劃分巡航，具有高效性及高覆蓋性。為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是一種基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其包括以下步驟1)對道路進行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時能有所區別；2)根據無人機巡航半徑及地面控制中心對整個區域進行飛行小區初步劃分；3)對每個飛行小區中不同等級的道路進行無人機飛行路徑優化，并根據無人機路徑優化結果進行巡航時間約束的檢驗，若滿足條件，則確定為最優路徑；否則轉入下一步。本發明中一個飛行小區僅由一架無人機進行巡航。4)若不滿足巡航時間約束，則采用聚類分析法對各小區進一步劃分；5)重復幻、4)兩步，直到滿足所有約束，得到最終優化小區及優化路徑，確定巡航方案。所述對道路進行分級，通過以下步驟實現A.確定評價指標(如事故發生率等)；B.分析統計與評價指標相關的數據，確定與評價指標相關的影響因素，并利用回歸模型確定對評價指標有顯著影響的因素，建立預測模型；C.預測評價指標的未來值，并利用基于經驗的貝葉斯公式對預測值與歷史數據進行加權平均，充分考慮歷史數據對未來值發生預測的參考意義，從而得到評價指標的期望值。對道路進行分級，是把巡航路段劃分為不同等級，為無人機巡航方案安排的提供了一個分類指標，可根據重要度對各分類安排不同強度的巡航。所述小區初步劃分，利用現有的地面控制中心作為無人機的地面控制臺，即利用現有地面控制中心及無人機的巡航半徑把區域劃分為多個圓形區域，作為初步的巡航小區；對于沒有被覆蓋的道路，則以最大覆蓋率為原則增設地面控制中心。在初步劃分過程中，允許不同地面控制中心的可監控區域出現交叉。同時處于兩個或多個可監控區域范圍(地面控制中心)內的路段，可根據實際需要劃分到不同可監控區域內的飛行小區內。若其同時處于現有地面控制中心和新增地面控制中心交叉區域，且新增地面控制中心可監控范圍內的目標路段較少，則此路段優先劃入新增可監控區域內的飛行小區。所述無人機飛行路徑優化對道路進行等級劃分后，每個等級的道路均是離散分布在整個區域中。由于巡航路段為常速，因而可將路段抽象成單個點，同時，為每個抽象點賦予“懲罰函數”，表示UAV 在(抽象點)路段需要的巡航時間。以i、j兩個路段為例(其端點分別為a” bi及 +1、 bi+1)，從第i個路段飛到第j個路段的飛行里程為
權利要求
1.一種基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其特征在于其包括以下步驟1)對道路進行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時能有所區別；2)根據無人機巡航半徑及地面控制中心對整個區域進行飛行小區初步劃分，一個飛行小區由一架無人機進行巡航；3)對每個飛行小區中不同等級的道路進行無人機飛行路徑優化，并根據無人機路徑優化結果進行巡航時間約束的檢驗，若滿足條件，則確定為最優路徑；否則轉入下一步；4)若不滿足巡航時間約束，則采用聚類分析法對各小區進一步劃分；5)重復；3)、4)兩步，直到滿足所有約束，得到最終優化小區及優化路徑，確定巡航方案。
2.如權利要求1所述的基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其特征在于 所述對道路進行分級，是通過以下步驟實現的A.確定評價指標；B.分析統計與評價指標相關的數據，確定與評價指標相關的影響因素，并利用回歸模型確定對評價指標有顯著影響的因素，建立預測模型；C.預測評價指標的未來值，并利用基于經驗的貝葉斯公式對預測值與歷史數據進行加權平均，充分考慮歷史數據對未來值的參考意義，從而得到評價指標的期望值。
3.如權利要求1所述的基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其特征在于 所述小區初步劃分，利用現有地面控制中心作為無人機的地面控制臺，將現有地面控制中心及無人機的巡航半徑把區域劃分為多個圓形區域，作為初步的巡航小區；對于沒有被覆蓋的道路，則以最大覆蓋率為原則增設地面控制中心；初步劃分過程中，允許不同地面控制中心的可監控區域出現交叉；同時處于兩個或多個可監控區域范圍內的路段，根據實際需要劃分到不同可監控區域內的飛行小區內；若其同時處于現有地面控制中心和新增地面控制中心交叉區域，且新增地面控制中心可監控范圍內的目標路段較少，則此路段優先劃入新增地面控制中心可監控區域內的飛行小區。
4.如權利要求1所述的基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其特征在于 所述無人機飛行路徑優化，包括以下步驟由于巡航路段為常速，將路段抽象成單個點，為每個抽象點賦予“懲罰函數”，表示無人機在路段需要的巡航時間；以i、j兩個路段為例，其端點分別為a” bi及％+1、bi+1，從第i個路段飛到第j個路段的飛行里程為
5.如權利要求1所述的基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其特征在于 所述小區進一步劃分是利用聚類分析劃分小區，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對研究區域內的路段的聚集程度進行衡量，其主要計算公式為描述所有路段間空間關系的General G指標的計算公式
全文摘要
本發明公開了一種基于動態小區劃分的區域路網無人機巡航方法，其包括對道路進行分級，將所有道路按等級劃分為重要與不重要兩部分，以便安排巡航時能有所區別；根據無人機巡航半徑及地面控制中心對整個區域進行飛行小區初步劃分，一個飛行小區由一架無人機進行巡航；對每個飛行小區中不同等級的道路進行無人機飛行路徑優化，并根據無人機路徑優化結果進行巡航時間約束的檢驗，若滿足條件，則確定為最優路徑；否則轉入下一步；若不滿足巡航時間約束，則采用聚類分析法對各小區進一步劃分；重復前述步驟，直到滿足所有約束，得到最終優化小區及優化路徑，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 優先權日2011年11月7日
發明者孫健, 常云濤, 彭仲仁, 閆慶雨 申請人:同濟大學