【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机领域，特别是涉及一种车辆及车载无人机协同路径规划方法。
技术介绍
1、无人机的应用十分的广泛，在需要对相对较大的区域进行多旋翼无人机的扫描覆盖作业场景中，如在农业领域中的农业植保、施肥喷药、信息遥测等，常规用的最广泛的是采用电动多旋翼无人机作为平台进行作业，为了便于描述，下文中的无人机特指电动多旋翼无人机。由于无人机的续航以及负载的约束，无人机单次作业飞行的距离存在上限，因此在大幅面作业区域进行扫描负载路径规划中，常常选取某个位置作为补给点，用于无人机的电池更换和化肥、农药的补给。常规的数据处理流程是：首先，在地图上对所需要扫描覆盖的区域进行边界采集，得到作业区域的边界轮廓线；然后，对得到的边界轮廓线进行扫描路径轨迹。规划处理比较常用的典型轨迹生成算法有zigzag路径算法、contour-parallel路径算法、spirals路径算法等，不管采用何种算法，最终都在便捷轮廓线内生成扫描覆盖路径；其次根据无人机的电池续航时间以及负载重量情况，得到无人机的最大单次航程，并在所生成的扫描填充路径上进行拆分，作业轨迹路线上的拆分点则作为作业过程切换点，无人机在航行到该位置后需要折返到补给点进行电池更换、农药补给等操作后，再次航行到切换点后继续后续的扫描作业任务；持续上述过程，直到所有的作业轨迹线都遍历结束，最后无人机将返回补给点，完成当前大区域的扫描覆盖作业。图1为上述过程中无人机飞行轨迹示意图。从图1中可以看出，常规的用于幅面区域的扫描负载无人机轨迹规划处理中，由于无人机航程距离的限制，导致无人机大量的飞行时间浪
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种车辆及车载无人机协同路径规划方法，可以将常规无人机扫描覆盖作业任务中用于往返补给点的飞行路径进一步缩短，尤其对于相对较大的区域作业场景，本方法的扫描覆盖作业效率优势更加显著。
2、基于此，本专利技术提供了一种车辆及车载无人机协同路径规划方法，所述方法包括：
3、获取车载无人机所需覆盖区域的边界轮廓；
4、根据所述边界轮廓来获取第一数量的补给点，并根据所述补给点来将所述边界轮廓划分为所述第一数量的子区域；
5、根据补给点集合并利用dijkstra最短路径算法来生成车辆的路径轨迹；
6、遍历每个子区域轮廓，分别生成对应的所述子区域的车载无人机飞行轨迹路径。
7、其中，根据所述边界轮廓来获取第一数量的补给点包括:
8、根据所述边界轮廓的特征以及车载无人机单次作业飞行的距离上限来在所述边界轮廓内部标注出若干个补给点；
9、基于离散的补给点位置，采用bowyer-watson算法在所述边界轮廓内构建delaunay三角形。
10、其中，根据所述边界轮廓的特征以及车载无人机单次作业飞行的距离上限来在所述边界轮廓内部标注出若干个补给点包括：
11、求取用于扫描覆盖的正六边形的边长；
12、以所述正六边形对所述边界轮廓形成的多边形进行扫描覆盖，若所述正六边形对应的中心点位于所述多边形内部，则所述正六边形为有效正六边形；
13、根据所述有效正六边形将所述多边形划分为若干个补给点区域；
14、计算所述补给点区域的重心位置来作为所述补给点位置。
15、其中，求取用于扫描覆盖的正六边形的边长包括：
16、s＝l×k×m
17、
18、其中，所述l为所述车载无人机单次作业飞行的距离上限，所述m为所述车载无人机轨迹宽度，所述k为预设所述补给点区域需要的所述车载无人机的架次，s为所述车载无人机补给点区域完成扫描覆盖的面积近似；
19、联立上述两个公式即可求出所述正六边形的边长α。
20、其中，根据所述有效正六边形将所述多边形划分为若干个补给点区域包括：
21、遍历所述有效正六边形，若所述有效六边形不完整，则延长与临接所述有效正六边形的公共边，使得延长线与所述多边形相交，若所述有效六边形完整，则保留所述有效六边形，从而构建封闭的所述多边形，此时，所述多边形被划分为若干个补给点区域。
22、其中，计算所述补给点区域的重心位置来作为所述补给点位置包括：
23、
24、
25、其中，所述ai表示补给点区域的面积，所述cix为所述补给点区域的重心坐标的横坐标，所述ciy为所述补给点区域的重心坐标的横坐标，(cx,cy)为补给点坐标。
26、其中，所述基于离散的补给点位置，采用bowyer-watson算法在所述边界轮廓内构建delaunay三角形包括：
27、步骤一.构造一个超级三角形，所述超级三角形包含全部补给点，放入三角形链表；
28、步骤二.将补给点依次插入所述超级三角形，在所述三角形链表中找出其外接圆包含插入点的三角形，删除影响所述三角形的公共边，将插入补给点同影响所述三角形的全部顶点连接起来，从而完成一个补给点在三角形链表中的插入；
29、步骤三.根据delaunay三角形构建中的空圆特性和最大化最小角特性的优化准则对局部的新形成的三角形进行优化，将新形成的三角形放入所述三角形链表中；
30、步骤四.循环执行以上步骤二和步骤三，直到所述补给点均插入所述三角形链表中；
31、步骤五.删除与起初构建的所述超级三角形有关的所有三角形，形成凸包。
32、其中，根据所述补给点来将所述边界轮廓划分为所述第一数量的子区域包括：
33、根据所述delaunay三角形结果，对离散的补给点和对应的三角形进行编号，同时记录所述三角形与补给点之间的对应关系；
34、计算每个三角形的外接圆的圆心位置；
35、遍历三角形集合，寻找与当前三角形具有邻接关系的相邻三角形，其中，最多存在三个邻接三角形；
36、若在所述三角形集合中存在能够邻接三个三角形的三角形，则将当前三角形的外接圆圆心与邻接三角形的外接圆圆心相连，若当前三角形的某个边对应的邻接三角形不存在，则计算出该边的中垂线与多边形的交点，并将当前三角形外接圆圆心与所述交点相连，所述连线作为所述多边形的分割线；
37、遍历结束，则获得所述多边形的多个分割子区域，并根据所述补给点的邻接边关系，依次连接所述分割子区域边即可获得对应子区域的轮廓。
38、其中，所述根据补给点集合并利用dijkstra最短路径算法来生成车辆的路径轨迹包括：
39、在所述补给点集合中选取一补给点作为起始点，按照所述delaunay三角形中的邻接关系，并以相邻补给点之间的欧式距离长度作为该连接边的权重，同时引入最短本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述边界轮廓来获取第一数量的补给点包括:
3.如权利要求2所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述边界轮廓的特征以及车载无人机单次作业飞行的距离上限来在所述边界轮廓内部标注出若干个补给点包括：
4.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，所述求取用于扫描覆盖的正六边形的边长包括：
5.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述有效正六边形将所述多边形划分为若干个补给点区域包括：
6.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，计算所述补给点区域的重心位置来作为所述补给点位置包括：
7.如权利要求2所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，所述基于离散的补给点位置，采用Bowyer-Watson算法在所述边界轮廓内构建Delaunay三角形包括：
8.如权利要求1所
9.如权利要求1所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，所述根据补给点集合并利用Dijkstra最短路径算法来生成车辆的路径轨迹包括：
10.如权利要求1所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，所述生成对应的所述子区域的车载无人机飞行轨迹路径的算法包括：ZigZag路径算法、Contour-Parallel路径算法、Spirals路径算法之一。
...【技术特征摘要】
1.一种车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述边界轮廓来获取第一数量的补给点包括:
3.如权利要求2所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述边界轮廓的特征以及车载无人机单次作业飞行的距离上限来在所述边界轮廓内部标注出若干个补给点包括：
4.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，所述求取用于扫描覆盖的正六边形的边长包括：
5.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，根据所述有效正六边形将所述多边形划分为若干个补给点区域包括：
6.如权利要求3所述的车辆及车载无人机协同路径规划方法，其特征在于，计算所述补给点区域的重心位置来作为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张楠，张兵兵，岳林凯，张强，郜超军，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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