[发明专利]一种无人机航线规划方法、装置及介质

说明书

本发明公开了一种无人机航线规划方法、装置及介质，属于无人机技术领域。本发明方法包括：根据无人机航行环境构建三维空间模型；在所述三维空间模型中设定起始节点和目标节点；根据高斯采样法，构建以所述起始节点和所述目标节点为基础的路径树；根据路径树获得从所述起始节点至所述目标节点的三维空间航迹点集；对所述三维空间航迹点集进行线段拟合操作，获得航线。采用高斯采样法，该方法能够全局性搜索，并且在局部空间上体现出差异性，降低了采样的盲目性；然后，采用动态步长优化策略，该方法不仅提高了航迹扩展的步长，而且减少了许多不必要的采样节点，加快了路径规划的速度，通过双向节点删除法对航迹进行优化。

技术领域

本发明涉及无人机技术，更具体地说，它涉及一种无人机航线规划方法、装置及介质。

背景技术

随着电力输电线路规模不断扩大，由于高压输电线路运维质量直接关系到架空输电线路的安全稳定运行，传统巡线员通过手动遥控无人机巡检已经不能满足智能化输电线路运维质量的要求。一般而言，无人机航迹规划是在满足多种动态约束(比如：航迹的安全性、航迹的平滑度和最短航行距离等)前提下，使得尽可能最小化的航行距离、时间消耗等因素，因此在复杂环境下的无人机自主巡检成了重点研究的问题。在传统方式下，国内外学者通过数学建模的方法来研究移动机器人开发的难题，近年来，上述传统方法(比如：人工势场、谐函数等矢量场)也被应用于无人机规划，但这些传统方法都难以避免陷入局部极小点、曲线振荡等问题。A*算法、D*算法、Dijkstra算法和多种其他元启发式算法是基于启发式搜索的航迹规划解决方案的算法。基于采样的路径搜索方式(快速扩展随机树算法，RRT)，该算法区别于依赖已知障碍物的传统算法，具有高效、敏捷的空间探索能力，大大降低算法的时间和空间复杂度。

虽然用RRT算法来优化移动机器人的运行路径，并且采用冗余节点剪枝的方法来缩短路径长度，然而并不能充分利用RRT算法在高维空间的探索能力。即RRT算法大多应用在二维环境下，但是在三维空间上的实用化具有局限性，传统RRT算法因采样盲目性导致的无人机航迹规划效率低下。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种无人机航线规划方法、装置及介质。

本发明提供了一种无人机航线规划方法，包括：根据无人机航行环境构建三维空间模型；在所述三维空间模型中设定起始节点和目标节点；根据高斯采样法，构建以所述起始节点和所述目标节点为基础的路径树；根据路径树获得从所述起始节点至所述目标节点的三维空间航迹点集；对所述三维空间航迹点集进行线段拟合操作，获得航线。

优选的，所述无人机航行环境包括障碍物区域和安全区域。

优选的，所述根据高斯采样法，构建以所述起始节点和所述目标节点为基础的路径树，包括：

采样点选取：在安全区域中以所述起始节点构建随机树，通过所述高斯采样法在安全区域中选择随机节点，遍历随机树找到离节点最近的节点；

定长拓展：以动态步长扩展出新的状态点；

碰撞检测：如果在扩展过程中没有发生碰撞，则将添加到随机树中，否则重新产生随机节点；

循环往复所述采样点选取、所述定长拓展及所述碰撞检测过程，直到搜索到所述目标节点所在的区域为止，最后从终点回溯到起点，得到依次连接各个采样节点形成路径树。

优选的，所述动态步长包括：

设定一个无人机与输电线路走廊空间区域三维空间内障碍物之间的最小安全距离为阈值；

当无人机与输电线路走廊空间区域三维空间内障碍物之间距离大于等于阈值，则说明无人机处于自由飞行的安全区域内，随机树选取固定的步长快速地进行空间航迹探索；

当无人机与输电线路走廊空间区域三维空间内障碍物之间距离小于阈值，则说明无人机与输电线路走廊空间区域三维空间内有障碍物，存在风险，此时，动态步长的数学表达式为：