[发明专利]一种基于最短距离的无人机监测巡航和轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于最短距离的无人机监测巡航和轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：确定与其他节点距离均超过无人机最大飞行距离限制，无人机无法飞达的节点L_d，需要物资的节点L_m，控制中心n+1，特殊节点的监测会受到限制；

步骤2：根据节点限制条件，计算无人机和车辆的单次运行轨迹，尽可能多的给无人机分配节点；

步骤3：以单次运行轨迹记录的终点为下次运行轨迹的起点，重复步骤2，控制无人机的发射和接收节点，直到所有节点全部分配完毕；

步骤4：根据末端优化原则，比较单次运行轨迹中无人机和车辆的行驶距离，确定可以优化的路段；

步骤5：以总距离最短为目标，重复步骤2、步骤3和步骤4，规划每次的轨迹选择。

2.根据权利要求1所述的一种基于最短距离的无人机监测巡航和轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1中特殊节点的监测限制条件包括如下步骤：

步骤11：

为保证特殊节点必定由车辆监测，其约束如公式(1)和公式(2)所示：

式中：S₁为所有节点的集合，S₁＝{1，2，…，n，n+1}，其中n+1表示控制中心；L_m为需要物资的节点集合；L_d为与其他节点距离均超过无人机最大飞行距离限制，无人机无法飞达的节点集合；K为轨迹规划的总次数，K＝{1，2，…，k}；

标记为L_d的节点无人机不会前往，其约束如公式(3)和公式(4)所示：

式中：

无人机和车辆可分别从控制中心独自进出，也可由车辆携带无人机共同进出，其约束如公式(5)和公式(6)所示：

式中：S₂为所有道路节点的集合，S₂＝{1，2，…，n}；n+1表示控制中心；

车辆每次至少监测一个节点，其约束如公式(7)所示：

式中：为第k次轨迹规划，车辆监测的节点数。

3.根据权利要求1所述的一种基于最短距离的无人机监测巡航和轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中无人机和车辆的单次运行轨迹计算方法包括如下步骤：

步骤21：

为最大化单次无人机和车辆监测的节点数，其计算如公式(8)所示：

式中：S₃为未监测的节点集合，初始S₃＝{1，2，…，n}；K为轨迹规划的总次数，K＝{1，2，…，k}；

为保证单次无人机运行轨迹的总距离不超过无人机最大飞行距离，其计算如公式(9)所示：

式中：d_ij为节点i到节点j的欧式距离；D为无人机的最大飞行距离；

在所有未被监测的节点中，无人机进出该节点不超过一次，其计算如公式(10)和公式(11)所示：

为保证车辆必定在无人机降落前到达，其计算公式(12)所示：

式中：v^u为无人机的平均飞行速度；v^t为车辆的平均行驶速度；ε为道路阻抗系数；

在所有未被监测的节点中，车辆进出该节点不超过一次，其计算如公式(13)和公式(14)所示：

将每次分配完的节点从前一次未监测节点集合中去除，其计算如公式(15)所示：

式中：为第k次轨迹规划，无人机监测的节点集合；为第k次轨迹规划，车辆监测的节点集合。