[发明专利]一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法

说明书

本发明提供一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法，包括计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗；构建无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型；计算无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型的最大值；计算最优无人机能耗成本；分配每个无人机观测点的悬停时间；选择无人机观测点添加至无人机观测点集合中；选取最优无人机观测点集并分配无人机在不同观测点拍摄关联目标的时间，使得无人机在满足能耗约束的条件下，按所选顺序依次飞到相应观测点实现对地面目标拍摄效用最大化。本发明解决了无人机对地面目标进行拍摄时很少考虑一个观测点可以拍摄多个目标，也没有考虑一个目标可以被多个观测点拍摄到的情况，导致影响无人机拍摄的质量的问题。

技术领域

本发明属于无人机航迹规划技术领域，尤其涉及一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法。

背景技术

在无人机的众多应用中，无人机航拍是常见和重要的应用之一，比如监视，交通监控，人群保护或者为建筑物进行检修等都需要摄像机传感系统进行拍摄。对于一些场合提前建立固定的摄像机传感器网络可能花费过多的时间和金钱，而且可能不方便甚至难以实现。由于无人机具有体积小、机动性强、造价低廉、部署方便等优势，可以通过低成本和敏捷的无人机搭载摄像机传感器网络进行拍摄，以获取实时、可靠和高质量的图像。

通过无人机进行拍摄有效节省了成本，但是无人机观测点的选取和拍摄时长的分配会影响无人机拍摄的质量，目前关于无人机对地面目标进行拍摄时很少考虑一个观测点可以拍摄多个目标，也没有考虑一个目标可以被多个观测点拍摄到的情况。因此，考虑无人机在有限能耗范围内选取最优的观测点集以实现拍摄效用最大化是非常重要的。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法。

本发明提供一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法，包括：

计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗，得到无人机的总能耗；

构建无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型；

根据无人机总能耗和悬停时间，计算无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型的最大值；

线性化总的拍摄效用模型；

采用成本效用比算法计算最优无人机能耗成本；

采用贪婪策略分配每个无人机观测点的悬停时间；

采用贪婪法迭代选择具有最大效用成本比的无人机观测点添加至无人机观测点集合中，直至违反无人机的能耗约束；

将非最大效用成本比的无人机观测点按照有优先级依次添加至无人机观测点集合中；

选取最优无人机观测点集并分配无人机在不同观测点拍摄关联目标的时间，使得无人机在满足能耗约束的条件下，按所选顺序依次飞到相应观测点实现对地面目标拍摄效用最大化。

进一步地，所述计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗，得到无人机的总能耗，包括：

根据以下公式，计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗：