[发明专利]一种多无人机智能重建地形的分布式计算框架

说明书

技术领域

本发明涉及机器人与无线通信技术领域，尤其涉及一种多无人机智能重建地形的分布式计算框架。

背景技术

随着无人机技术的进展和成本的降低，其应用越来越广。其中一个典型应用是对地形地貌进行数据采集，随即进行地形重建。然而，单无人机进行地形重建工作时存在计算能力有限、飞行距离有限的局限。尽管已经存在一些协同进行地形重建的方法，它们往往需要各无人机之间互相已经知道绝对位置和相对位置信息。无线信道带宽资源有限而宝贵，而现有的方法并未对信道使用进行优化。本发明即针对这些方面进行了创新。我们通过定义中心控制节点与无人机之间的协作关系，明确了彼此的任务完成方式。完全使用视觉特征比对来判断重建区域重合，不需要无人机之间有彼此位置的先验知识。定义了不同类型的通信信道，其中一些信道只在满足条件时打开，并对这些条件的判定进行了计算优化，从而能够实现较高的无线信道带宽利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种多无人机智能重建地形的分布式计算框架。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多无人机智能重建地形的分布式计算框架，包括：无人机之间通信的方法；中心控制节点和无人机的协作关系；关键帧集合和位姿列表的定义；中心控制节点和无人机之间的各种通信信道；检测多无人机重建区域重合的方法；实现多无人机重建地形合并的方法。进一步，所述无人机之间通信的方法为：无人机之间的通信分为两种模式:地面中继模式与空中直联模式；在地面中继模式中,多无人机与其相关联的地面中继控制节点通信,无人机之间彼此发送的消息通过地面中心控制节点交换，地面中继模式也包括无人机与中心控制节点之间的双向数据链路，在这种情况下，无人机和中心控制节点之间的数据通过若干中继控制节点中继；在空中直连模式中，多无人机在空中组成一个无线自组网络，彼此在无线传输距离范围内的无人机直接使用无线信道发送消息，距离超出无线传输范围的无人机通过自组网中其他的无人机进行无线中继，彼此发送信息。

进一步，所述中心控制节点和无人机之间的协作关系为：各无人机担负对地形地貌进行航怕，并实时重建为地形模型的任务。中心控制节点则保持与每一架无人机的联系，接收它们传送来的数据，并判断多无人机之间是否存在重建区域重合。

进一步，所述关键帧集合与位姿列表的定义为：各无人机在执行地形重建任务时，其所作的工作称为“同时定位与绘图”定位指的是无人机在一个已知场景里计算出自己相对该场景的姿态，即“位姿”，绘图指的是无人机根据自己所采集到的信息绘制出场景；所述关键帧指的是在某一段时间内，无人机所绘制的场景，在关键帧不变的情况下，可以认为无人机的主要任务是定位，即计算自己在关键帧中的位姿。进一步，所述中心控制节点和无人机之间的各种通信信道包括：命令信道、关键帧信道、位姿列表信道、地形合并信道。

进一步，所述检测多无人机重建区域重合的方法为：中心控制节点的数据库中存储了每一个关键帧，其可以通过对时间戳相同的关键帧进行比对，来查看各个无人机的重建区域是否存在重合。

进一步，所述实现多无人机重建地形合并的方法为：两架无人机的重建区域存在重合时，称为一个重合对；在某一具体时段，任何一架无人机可能不处于任何一个重合对中，仅处于一个重合对中，或者处于不止一个重合对中；中心控制节点需要对包含在所有重合对中的无人机进行排序，决定哪些无人机之间打开地形合并信道。

附图说明

图1为本发明的地面中继模式图；

图2为本发明的空中直连模式图；

图3为本发明中心控制节点与无人机之间的协作关系图；

图4为关键帧与位姿列表示意图；

图5为关键帧的标识方法示意图；

图6为中心控制点的合并时的计算示意图；

其中：

1、中心控制节点；2、中继控制节点；3、无人机；

4、地面控制节点之间的数据连接；

5、地面控制节点与无人机之间的数据连接；

具体实施方式

一种多无人机智能重建地形的分布式计算框架，包括：无人机之间通信的方法；中心控制节点和无人机的协作关系；关键帧集合和位姿列表的定义；中心控制节点和无人机之间的各种通信信道；检测多无人机重建区域重合的方法；实现多无人机重建地形合并的方法。