(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110348854.9 (22)申请日 2021.03.31 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113138606 A (43)申请公布日 2021.07.20 (73)专利权人 江南大学 地址 214000 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大 道1800号 (72)发明人 陈泽阳　王蛟龙　杨晓庆　段一铭　 徐辰晓　祝丽娜　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. G05D 1/10(2006.01)G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) (56)对比文件 CN 112462803 A,2021.0 3.09 CN 10472 9509 A,2015.0 6.24 CN 112287547 A,2021.01.2 9 CN 1078076 65 A,2018.0 3.16 CN 110986960 A,2020.04.10 审查员 左良军 (54)发明名称 一种无人机湖泊测绘任务 航迹规划方法 (57)摘要 本发明公开了一种无人机湖泊测绘任务航 迹规划方法， 通过确定约束条件以及优化目标 后， 建立优 化目标函数， 利用NSGA ‑II算法对带入 约束条件的优化目标函数进行己算得到分布均 匀的Pareto最优解集， 选 择适合实际需求的解作 为本次无 人机湖泊测绘任务的航迹 。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 113138606 B 2022.07.29 CN 113138606 B 1.一种无 人机湖泊测绘任务 航迹规划方法， 其特 征在于： 包括有以下步骤： S1： 确定无人机湖泊测绘任务中对无人机的约束条件， 包括有： 续航时间T、 续航里程S 和通信距离D； S2： 设定无人机湖泊测绘任务中的优化目标， 包括有航行时间、 航行里程、 绝对通信距 离、 任务总面积与实测覆盖面积的覆盖率和测绘结果中相互重叠部 分的面积占测绘结果总 面积的百分比的重 叠率； S3： 对优化目标建立目标函数模型与决策变量， 并且在目标函数模型中带入约束条件， 运用NSGA ‑II算法求解， 其中带入约束 条件的优化目标的目标函数模 型分别为： 带入约束 条 件的航行时间： Tall、 带入约束条件的航行里程： Sall、 带入约束条件的绝对通信距离Dcom、 带 入约束条件的覆盖率β 和带入约束条件的重 叠率 所述Tall的数学模型为： 其中ttkf为无人机起飞时间， tland 为无人机降落时间， N 为悬停点个数,thov为每一点悬停时间， v为飞行速度； 所述Sall的数学模型为： 其中(xi,yi)为Ki点的经纬 度坐标， (xi+1,yi+1)为Ki+1点的经纬度坐标， 高度相同的两悬停点间相对距离 所述通信距离Dcom的数学模型为： 其中(xi, yi)为Ki点的经纬度坐标， (xhome,yhome)为home点的经纬度坐标， 下标i取1到N之间的整数； 所述覆盖率β 的数学模型为： 其中Areanvp为无人机每次悬停时测绘 到的实际面积A rea的互不重 叠的部分， Square为待测总面积； 所述重叠率 的数学模型为： 其中Areaovp为无人机每次悬停时测 绘到的实际面积A rea的重叠的部分； S4： 根据NSGA ‑II算法求解的得到的分布均匀的Pareto最优解集， 选择适合实际需求的 解作为本次无 人机湖泊测绘任务的航迹 。 2.根据权利要求1所述的一种无人机湖泊测绘任务航迹规划方法， 其特征在于： 所述 Sall小于具体值续航里程S； 所述Tall小于具体值续航时间T； 所述Dcom小于具体值通信距离D； 所述β ≥10 0％。 3.根据权利要求1所述的一种无人机湖泊测绘任务航迹规划方法， 其特征在于： 所述S3 中决策变量包括有飞行高度h、 悬停点个数N、 各悬停点坐标Ki(xi,yi,hi)、 悬停时间thov、 飞 行速度v和经 过悬停点的飞行顺序； 所述飞行高度h通过考虑精度Q的需求来确定， h＝K ×Q+C， 其中K与C为由相机型号与 参 数决定的常数； 所述悬停点个数N需要取N的最小值Nmin， 由于飞行高度h与相机单词拍摄取景的实际面 积Area存在一个映射关系， 这个映射关系函数与相机型号和参数有关， 因此我们将这个关权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113138606 B 2系设为Area＝f(h)， 在确定h的情况下， 可以确定唯一的Area值， 则 其 中 为取整函数， 表示取不大于 的最大整数， Square为待测总面积， 同时设 置N的上界Nmax＝5×Nmin； 所述各悬停点坐标Ki(xi,yi,hi)中hi一旦确定， 在整个航迹中将不再改变， 任务区域边 缘所有点的坐标信息已知时， 使xmin≤xi≤xmax且ymin≤yi≤ymax， 在Nmin≤N≤Nmax， β ≥100％， Dcom≤D， Tall≤T， Sall≤S的约束条件下搜索出满足条件 的各组悬停点坐标集合， 其中xmin、 xmax、 ymin和ymax分别为任务区域 边缘所有点的经纬度最小与最大值； 所述悬停 时间thov＝τ0+μ×E， 其中E为对环境进行评估后得到一个常数， τ0为相机参数 决定的延迟时间， μ为时间的环境变量影响因子； 所述飞行速度v＝v0‑γ×E， 其中v0为适宜环境下的飞行速度， γ为速度的环境变量影 响因子； 所述经过悬停点的飞行顺序通过对任意一组悬停点的坐标集合中的点进行穷举排序， 若某一集合中悬停点的个数为 N， 则得到的顺序有N！ 。 4.根据权利要求根据权利要求1所述的一种无人机湖泊测绘任务航迹规划方法， 其特 征在于： 所述S3中NSGA ‑II算法工具对优化目标的目标函数进行计算， 完成对种群的初始 化、 排序、 进化、 排 挤和选择这 一系列操作。 5.根据权利要求根据权利要求1所述的一种无人机湖泊测绘任务航迹规划方法， 其特 征在于： 所述S4中Pareto 最优解集之间不存在支配或占优关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113138606 B 3