[发明专利]一种无人机沿任务航线飞行的充电桩布局方法

摘要

本发明公开了一种无人机沿任务航线飞行的充电桩布局方法。在任务航线上，根据本发明设定的规则设置一定数量的路标点，将相邻路标点用直线相连，形成一条从起点到终点的多段折线。然后结合无人机的飞行参数以及充电桩的数量和参数，对这条多段折线进行充电桩的布点规划。本发明为无人机在任意指定航线上执行任务(比如电力线路巡检、安防监控、国界巡逻、投送快递、农林植保等)提供了一种可行的充电桩布局方法。该方法简洁，通用性好，通过充电桩网路可以有效提高无人机在任务区域的续航时间。

主权项

一种无人机沿任务航线飞行的充电桩布局方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立直角坐标系，将任务航线置于坐标系的第一象限，然后从航线的起始位置到终点，设置一系列路标点，求出每个路标点的坐标并连接相邻路标点，形成一条从起点到终点的多段折线，并求出每段折线的方程；将无人机的任务航线分为两种情形：①在无人机航线不能使用函数进行表示的情况下，通过人工实地采点，实现对一条任务航线上路标点的设置，具体方法为：使用GPS接收机遍历整条任务航线，在需要采点的地方采集该点的GPS坐标并存储，等遍历完该任务航线，就采集到了一系列的路标点，其中路标点采集的原则为：(a)根据所使用GPS的精度E_GPS来制定路标点采集最小间隔I_GPS＝E_GPS；(b)从任务航线的起点开始，根据路标点采集最小间隔I_GPS沿任务航线依次采集路标点，直到任务航线的终点；(c)在路标点采集完成后，从任务航线的起点开始，依次连接相邻路标点；在采集到所有路标点P₁，P₂，P₃，…，P_n后，通过各点坐标求出所有线段P₁P₂，P₂P₃，P₃P₄，…，P_n‑1P_n的直线方程；②在无人机任务航线可以使用函数进行表示的情况下，即任务航线为由x＝f(y)与y＝f(x)所组成的分段函数，则设置路标点的设置分为两种情况：第一种情况：对于表达式为y＝f(x)，x∈[a₁,b₁],y∈[c₁,d₁]的任务航线，设定Δx作为任务航线上的取点间隔，即在x轴上的投影间隔，则为在这条航线上的取点个数；通过任务航线方程和取点间隔，求出n₁个路标点的坐标P₁¹(a₁,f(a₁))，P₂¹(a₁+Δx,f(a₁+Δx))，P₃¹(a₁+2Δx,f(a₁+2Δx))，…，P_n¹(b₁,f(b₁))，从起始点P₁¹到终点P_n¹，把相邻的两个点用直线相连，形成n₁－1条相连的直线段，求出所有直线段的直线方程；为不小于取整符号，若符号内值不为整数，则最后一个路标点取为(b₁,f(b₁))；第二种情况：对于表达式为x＝f(y)，x∈[c₂,d₂],y∈[a₂,b₂]的任务航线，设定Δy作为任务航线上的取点间隔，即在y轴上的投影间隔，则为在这条航线上的取点个数；通过任务航线方程和取点间隔，求出n2个路标点的坐标P₁²(f(a₂),a₂)，P₂²(f(a₂+Δx),a₂+Δx)，P₃²(f(a₂+2Δx),a₂+2Δx)，…，P_n²(f(b₂),b₂)，从起始点P₁²到终点P_n²，把相邻的两个点用直线相连，形成n2－1条相连的线段，求出所有线段的直线方程；为不小于取整符号，若符号内值不为整数，则最后一个路标点取为(f(b₂),b₂)；航线路标点总数为n＝n₁₊n₂；(2)依次计算上述所有线段的长度，并将所有线段的长度相加，得到任务航线上所有线段的总长度SumL；(3)根据用户提供的无人机参数，即巡航速度V_p和续航时间T_p，计算出无人机最大航程S_P：S_P＝V_PT_P；根据S_P计算出无人机在所述任务航线上停留的次数m，m即为所需要布置的充电桩个数：其中[]为取整运算符，％为模运算符；(4)作一条长度为SumL的线段L，用这条完整的线段L等效替代步骤(1)中求得的多段折线段，然后利用步骤(2)得到的各线段长度，通过下式计算出相邻折线段的n个路标点在线段L上对应位置与L的起始点的距离Partition(j)：其中，j＝1，2，…，n；i＝1,2,…,n；(5)模拟无人机从起始点出发沿直线段飞行到终点，且假设无人机每次按最大航程飞行，则无人机在第r次停留时飞过的路程S_r的计算公式为S_r＝rS_P，r＝1，2，…，m；将S_r映射在线段L上，遍历Partition(j)，若存在1≤k≤n‑1，满足Partition(k)≤S_r≤Partition(k+1)，则判定第r个充电桩在直线P_kP_k+1上，且离第k个点P_k(x_k，y_k)的距离为Dis[S_r,P_k]＝S_r‑Partition(k)，则充电桩r坐标C_r(x_cr,_ycr)的计算公式为：其中a，b为直线P_kP_k+1的方程ax+by+c＝0中的系数项；(6)重复步骤(5)，直至计算出m个充电桩的坐标。