【摘要】：隨著無(wú)人機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的日漸成熟,搭載多種傳感器的專業(yè)型無(wú)人機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域。在借助無(wú)人機(jī)進(jìn)行大規(guī)模設(shè)施巡檢的場(chǎng)景下,選擇不同的巡檢路線所耗費(fèi)的作業(yè)時(shí)間相去甚遠(yuǎn)。因此,如何規(guī)劃無(wú)人機(jī)的路徑是本場(chǎng)景下的關(guān)鍵問(wèn)題。高效的無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃算法將極大的提升巡檢效率、降低巡檢成本。然而,受限于電池容量,現(xiàn)有無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間十分有限,難以直接勝任較遠(yuǎn)距離的巡檢任務(wù)。本文引入裝載車充當(dāng)無(wú)人機(jī)的移動(dòng)補(bǔ)給基地,采用車與無(wú)人機(jī)協(xié)同巡檢的方案,克服了無(wú)人機(jī)的服務(wù)距離限制。據(jù)我們所知,已有的相關(guān)研究?jī)H僅關(guān)注了無(wú)人機(jī)的路徑規(guī)劃而忽略了裝載車的路徑規(guī)劃。實(shí)際上,在裝載車和無(wú)人機(jī)協(xié)同巡檢場(chǎng)景下,裝載車的路線選擇將極大影響最后的巡檢效率。另外,已有研究均只討論了車與單無(wú)人機(jī)的協(xié)同巡檢。在單無(wú)人機(jī)巡檢場(chǎng)景下,無(wú)法同時(shí)巡檢區(qū)域內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn),效率十分低下。本文針對(duì)現(xiàn)有工作存在的缺陷,設(shè)計(jì)了一個(gè)新穎的單車多無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃和調(diào)度算法。主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)分析了忽略車輛路線的弊端,并首次設(shè)計(jì)了一個(gè)基于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布的車輛路線選擇算法。本算法能得到一條覆蓋所有待巡檢節(jié)點(diǎn)并穿越目標(biāo)節(jié)點(diǎn)密集區(qū)域的路線。(2)論證了采用無(wú)人機(jī)巡點(diǎn)時(shí),異地起降模式相對(duì)于本地起降模式的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)了一個(gè)能充分發(fā)揮異地起降模式特點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分類算法。(3)首次研究了基于單車多無(wú)人機(jī)的路徑規(guī)劃和多無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。本算法能平衡各個(gè)無(wú)人機(jī)的任務(wù),最大化的重疊各個(gè)巡檢任務(wù)的耗時(shí)從而降低巡檢任務(wù)的總完成時(shí)間,十分的靈活、高效。(4)通過(guò)編程實(shí)驗(yàn)仿真證明本文算法相對(duì)于已有的單車單無(wú)人機(jī)協(xié)同巡檢算法具有明顯優(yōu)勢(shì)。
【圖文】：

1 緒論1.1 研究意義無(wú)人機(jī)（UnmannedAerial Vehicle，UAV）是指可以通過(guò)無(wú)線電遙控技術(shù)操控或由機(jī)載微型計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)自主控制的不載人飛行器，最早應(yīng)用于邊防巡邏、異地偵查、定點(diǎn)打擊等軍事領(lǐng)域。近年來(lái)，受益于輕型高分子材料的發(fā)現(xiàn)以及嵌入式、自動(dòng)化、信號(hào)處理、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)的發(fā)展與成熟，民用無(wú)人機(jī)開(kāi)始進(jìn)入大眾的視野�，F(xiàn)有的民用無(wú)人機(jī)購(gòu)買(mǎi)方便，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，，使用成本低，只需借助攝像頭和各種傳感器，便能穿越復(fù)雜地形，高效安全可靠的對(duì)遠(yuǎn)端目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和傳輸�；谝陨咸攸c(diǎn)，無(wú)人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理測(cè)繪、管線巡查、農(nóng)業(yè)植保、設(shè)施巡檢、物流配送[1-6]等場(chǎng)景中廣受青睞。

超過(guò)無(wú)人機(jī)單次飛行的最大距離。Manyam S. 則將本問(wèn)題視作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)建立了一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，用 CPLEX 加分支限界進(jìn)行求解。n[18]的思路則稍有不同，他將本問(wèn)題看作了一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可動(dòng)的車輛路徑問(wèn)題算法和本地搜索算法來(lái)找到最佳路徑。我們可以發(fā)現(xiàn)，在這些文獻(xiàn)中，無(wú)將無(wú)人機(jī)的巡點(diǎn)問(wèn)題看作了一個(gè)經(jīng)典的 VRP 或者 VRP 的變種（TSP 是 VRantzig 等人于 1959 年在文獻(xiàn)[7]中首次對(duì) VRP 進(jìn)行了研究，如圖 2-1 所示數(shù)從倉(cāng)庫(kù)出發(fā)給若干城市運(yùn)油，每輛油罐車負(fù)責(zé)部分城市，作者期望找到最似最優(yōu)的服務(wù)路線，使得所有油罐車的累積行駛距離最短。VRP 屬于組合，也是 NP-hard 問(wèn)題[8]，精確求解算法的復(fù)雜度是指數(shù)級(jí)。作者在文中提線性規(guī)劃的解法，核心的約束條件是對(duì)任意城市，入度和出度均為 1。受的計(jì)算能力，本解法只能解決規(guī)模非常小的 VRP。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O221;V19

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊海軍;李營(yíng);朱海濤;洪運(yùn)富;;無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];高技術(shù)通訊;2015年06期

2 彭向陽(yáng);劉正軍;麥曉明;羅智斌;王柯;謝小偉;;無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J];遙感信息;2015年01期

3 彭向陽(yáng);陳馳;饒章權(quán);楊必勝;麥曉明;王柯;;基于無(wú)人機(jī)多傳感器數(shù)據(jù)采集的電力線路安全巡檢及智能診斷[J];高電壓技術(shù);2015年01期

4 湯明文;戴禮豪;林朝輝;王芳東;宋福根;;無(wú)人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用[J];中國(guó)電力;2013年03期

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1 朱立華;無(wú)人飛行器自主檢測(cè)與避障技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2639987