一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，包括步骤：根据第一尺寸的大栅格对目标空间进行等距剖分，并根据第二尺寸的小栅格对大栅格进行等距剖分，获得一个三维栅格矩阵，其中第一尺寸大于第二尺寸；根据二进制组合编码方式标记出每个大栅格中的飞行区域，以对三维栅格矩阵进行压缩；根据寻路算法在飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域。如此，飞行路线查找效率远高于现有技术，生成的飞行路线更精准、更合理，当三维空间栅格划分越细，对三维空间环境的表达越精确，对三维空间栅格进行压缩，也可以解决栅格数量过大引起的性能问题；能够支持城市级三维空间内厘米级精度的无人机飞行路线的规划。

【技术实现步骤摘要】
一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法及存储介质
本专利技术涉及多旋翼无人机
，尤其涉及一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法及计算机可读存储介质。
技术介绍
在传统的二维地图上，关于路径规划技术的发展已经非常成熟，常用的路线规划算法有A*算法、蚁群算法、遗传算法、混沌算法等。延伸到三维领域，基本还是使用以上几种算法来进行路线规划。不过，由于三维空间的数据体量和复杂度相对于二维要大得多，加上多旋翼无人机的飞行不像人、车在路上前行那样具有很强的约束性，自由度更高，简单地照搬传统二维地图的路线规划方式已不能满足要求，需要进一步对三维数据进行加工处理以获得更好的规划效果。结合空间、按照几何学的观点分类，可将已有的规划方式分为基于栅格数据的规划方式和基于图形数据的规划方式。前者采用栅格数据，即将整个三维空间剖分为等距的三维栅格，并根据栅格内是否存在空间对象作为规划的判别条件，完成路线的查找；后者采用矢量图形数据，提前人为地划出或利用软件生成规划路线，构成有向图/无向图，再根据图的查找完成路线规划。目前，这两种方式在三维空间多旋翼无人机飞行路线规划中都有使用，基于栅格数据的规划方式的主要是使用三维栅格，而基于图形数据的规划方式一般是采用概率地图(PRM)。然而，已有的基于栅格数据的规划方式效率较低，无法满足实时动态飞行路线规划。主要原因在于当三维栅格在空间划分较细时，栅格数量太大，导致计算量太大而低效。以一个100m×100m×100m的三维空间为例，假设划分的栅格大小为1m，那么整个三维空间就有100万个栅格，若是在一个1000m×1000m×1000m的三维空间，将是10亿个栅格，如此大的数据量，必然会影响路线规划的效率。且基于图形数据的规划方式的灵活性和合理性较差，因为在制作规划数据时由于人为地或采样点的选择(PRM)，使得多旋翼无人机在三维空间的飞行路线被固定，倘若在一块很大的空白三维空间区域，仅有一两条多旋翼无人机飞行路线，那么显得很不合理，但过多的线又会导致规划效率的大幅下降；另外，在制作规划数据时，容易将一些较窄的区域忽略掉，导致规划路线不合理。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，通过三维空间栅格压缩与编码方式和一种新的飞行路线生成的方法，解决已有的基于栅格数据的规划方式效率较低，无法满足实时动态飞行路线规划的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法及计算机可读存储介质。本专利技术实施例提供的一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，包括步骤：根据第一尺寸的大栅格对目标空间进行等距剖分，并根据第二尺寸的小栅格对所述大栅格进行等距剖分，获得一个三维栅格矩阵，其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸；根据二进制组合编码方式标记出每个所述大栅格中的飞行区域，以对所述三维栅格矩阵进行压缩；根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域。在一些实施例中，所述第二尺寸与所述多旋翼无人机的尺寸相适应。在一些实施例中，所述根据二进制组合编码方式标记出每个所述大栅格中的飞行区域，具体包括步骤：在所述大栅格内建立三维坐标系O-XYZ，其中X轴方向的索引代表列号，Y轴方向的索引代表行号，Z轴方向的索引代表层号；依次统计沿Y轴正方向单层每一行上，沿X轴连续相邻所述小栅格的起始栅格列号、连续相邻所述小栅格的个数和所在行号，一行上若存在多段连续相邻小栅格，便会产生多条记录，获得第一次统计结果；依次统计沿Z轴正方向每一层上，沿Y轴连续具有所述第一次统计结果中相同统计值的所述小栅格起始行号、连续行数和所在层号，同一层上若存在多个不同统计值，便会产生多条记录，获得第二次统计结果；依次统计沿Z轴上具有所述第二次统计结果中相同统计值的所述小栅格起始层号和连续层数，得到最终的统计结果，若存在多个不同的统计值，便会产生多条记录，获得第三次统计结果。在一些实施例中，所述二进制组合编码的组合形式包括：从高位到低位为：起始层号+连续层数+起始行号+连续行数+起始列号+连续列数，其中6个参数中每个参数占有10位，共为60位，并在最高位补充4位，以得到一个64位整数。在一些实施例中，所述寻路算法包括：A*算法、蚁群算法、遗传算法和混沌算法。在一些实施例中，采用所述A*算法时，所述根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域，具体包括步骤：S1、准备两个列表，open列表和close列表，分别用来保存候选飞行区域和已选飞行区域的相关信息；S2、找到起点和目标点所在的飞行区域，计算所述起点所在的所述飞行区域的估价函数值，并放入到open列表，其中估价函数表示为：f(n)＝g(n)+h(n)；其中，f(n)表示估价函数，g(n)表示从起始位置到当前位置n的成本，h(n)则表示从当前位置n到目标位置的估算成本；S3、从所述open列表中选取f(n)值最小的所述飞行区域作为当前所述飞行区域，并加入到所述close列表；S4、若当前飞行区域为所述目标点飞行区域，则结束循环，否则继续执行S5；S5、获取当前飞行区域的相邻飞行区域，计算所述相邻飞行区域的所述估价函数值，记录所述当前飞行区域为相邻区域的前置飞行区域，并依次放入到所述open列表；S6、转至步骤S2，不断循环直到找到单线飞行区域为所述目标点飞行区域；S7、循环结束后，对当前飞行区域进行回溯，生成的飞行区域序为多旋翼无人机整个飞行路线上所经过的所有飞行区域。在一些实施例中，所述飞行区域的起点和终点的选取规则包括：所述当前飞行区域若是所述起始飞行区域，则飞行起点便是飞行区域内的所述起点；计算所述当前飞行区域与所述相邻飞行区域的相切面的空间范围，选取离所述当前飞行区域内起点最近的点为终点，所述终点也是所述相邻飞行区域的起点；所述当前飞行区域若是所述目标飞行区域，则飞行的目标点便是飞行区域内的所述终点。在一些实施例中，所述根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域还包括步骤：生成飞行路线转向点。在一些实施例中，所述生成飞行路线转向点，具体包括步骤：将所述多旋翼无人机的飞入面和飞出面降维剖分；更新可通行区域，判断飞出面的两个轴上新的可通行区间是否与已有的可通行区间相交，记录转向点；以所述转向点为新的出发点，重复所述更新可通行区域，判断飞出面的两个轴上新的可通行区间是否与已有的可通行区间相交，记录转向点，直到找出所有的所述转向点。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法。本专利技术实施例的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法中，飞行路线查找效率远高于现有技术，对三维空间环境有很强的适应性，不论三维空间环境的复杂与否，都能快速生成合理的飞行路线。将整个城市三维空间栅格进行压缩后，数据量大幅减小，且采用整数编码，具有较高的索引效率，小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，包括步骤：/n根据第一尺寸的大栅格对目标空间进行等距剖分，并根据第二尺寸的小栅格对所述大栅格进行等距剖分，获得一个三维栅格矩阵，其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸；/n根据二进制组合编码方式标记出每个所述大栅格中的飞行区域，以对所述三维栅格矩阵进行压缩；/n根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，包括步骤：
根据第一尺寸的大栅格对目标空间进行等距剖分，并根据第二尺寸的小栅格对所述大栅格进行等距剖分，获得一个三维栅格矩阵，其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸；
根据二进制组合编码方式标记出每个所述大栅格中的飞行区域，以对所述三维栅格矩阵进行压缩；
根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域。


2.根据权利要求1所述的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，所述第二尺寸与所述多旋翼无人机的尺寸相适应。


3.根据权利要求1所述的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，所述根据二进制组合编码方式标记出每个所述大栅格中的飞行区域，具体包括步骤：
在所述大栅格内建立三维坐标系O-XYZ，其中X轴方向的索引代表列号，Y轴方向的索引代表行号，Z轴方向的索引代表层号；
依次统计沿Y轴正方向单层每一行上，沿X轴连续相邻所述小栅格的起始栅格列号、连续相邻所述小栅格的个数和所在行号，一行上若存在多段连续相邻小栅格，便会产生多条记录，获得第一次统计结果；
依次统计沿Z轴正方向每一层上，沿Y轴连续具有所述第一次统计结果中相同统计值的所述小栅格起始行号、连续行数和所在层号，同一层上若存在多个不同统计值，便会产生多条记录，获得第二次统计结果；
依次统计沿Z轴上具有所述第二次统计结果中相同统计值的所述小栅格起始层号和连续层数，得到最终的统计结果，若存在多个不同的统计值，便会产生多条记录，获得第三次统计结果。


4.根据权利要求1所述的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，所述二进制组合编码的组合形式包括：
从高位到低位为：起始层号+连续层数+起始行号+连续行数+起始列号+连续列数，其中6个参数中每个参数占有10位，共为60位，并在最高位补充4位，以得到一个64位整数。


5.根据权利要求1所述的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，所述寻路算法包括：A*算法、蚁群算法、遗传算法和混沌算法。


6.根据权利要求5所述的三维室外空间多旋翼无人机路线规划方法，其特征在于，采用所述A*算法时，所述根据寻路算法在所述飞行区域中确定多旋翼无人机的目标飞行区域，具体包括步骤：
S1、准备两个列表，open列表和close列表，分别用来保存候选飞行区域和已选飞行区域的相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焱林，
申请(专利权)人：广州海格星航信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44