[发明专利]一种用于收集森林防火监控数据的无人机部署方法

说明书

本发明提供一种用于收集森林防火监控数据的无人机部署方法，具体包括以下步骤：（1）构建地面传感器节点接入空中无人机基站的上行链路通信系统，所述系统包括多个旋翼无人机和地面传感器节点；（2）构建以最大化地面传感器节点上传数据到无人机基站通信的和速率为目标的优化问题；（3）构建基于博弈论的优化模型，将步骤（2）中的问题建模为无人机为参与者的非合作博弈模型；（4）采用分布式学习算法迭代得到无人机的部署策略，直到步骤（2）中的优化问题达到最优，旋翼无人机最终位置被确定。本发明在保证传感器节点QoS的前提下，达到整个系统中无人机与地面传感器节点之间最大的和速率。

技术领域

本发明属于森林防火监控场景下无线通信技术领域，具体涉及用于收集森林防火监控数据的无人机部署方法。

背景技术

森林草原防火是林业部门的一项常规且重要的工作，火灾发生对国家和牧民带来了不可估量的损失。1997年夏季被称为“世纪灾难”的印度尼西亚森林大火持续了几个月，烧毁森林30多万公顷，直接经济损失达1250万美元，印尼本国受害者多达2000万，烟雾造成大范围的呼吸道疾病，患者多达5万人以上。2019年我国共发生森林火灾2345起，受害森林面积高达13505公顷，共出动了2.5万人的国家森林消防队伍、12万人的地方专业森林消防队伍以及百余架应急航空救援力量。特别是进入到秋冬季，受高温大风干雷暴等极端天气影响，防火工作依然形势严峻。因此，为了有效降低火情和管控火灾发生的风险，需要对森林草原进行全天候的监控。各地相关部门投入使用森林草原防火综合信息管理平台，推进建设“天空地”一体化监测体系，使用互联网+森林草原防火督查系统，实现对森林草原地区全覆盖、全天候、全要素的防火监控。一般需要在森林区域内安装大量传感器节点，收集相关信息，用于信息平台分析和预测火灾的发生。然而，偏远地区的基础设施成本高昂，无法使用地面通信设施。随着无人机技术的发展，特别是旋翼无人机，安装多旋翼无人机通信基站，可以迅速建立起新的通信链路，无人机飞到相关区域协助收集传感器节点的数据，保障传感器节点数据的及时传输。

与部署地面基站相比，无人机可以在没有基础设施覆盖或传统地面基站较难支持的场景，如车森林防火监控数据传输系统，提供更可靠的无线传输。因此，利用无人机进行辅助通信十分有必要。针对森林防火监控数据传输的需求，设计一种无人机作为移动基站的通信方案，可以根据通信的需求，灵活部署或撤离，从而降低运营成本。如何保证传感器节点QoS的前提下确定无人机的最优部署位置非常具有挑战性的。本发明设计了一种分布式算法以指导多个无人机的位置部署，在保证传感器节点QoS的前提下，最大化数据传输的和速率。

发明内容

本发明为解决特殊环境例如受限于通信基础设施成本或者森林草原等通信能力受限的特殊区域而导致了地面传感器终端无法通信的情况，提出用于收集森林防火监控数据的无人机部署方法。

发明内容：本发明提出用于收集森林防火监控数据的无人机部署方法，具体包括以下步骤：

(1)构建地面传感器节点接入空中无人机基站的上行链路通信系统，所述系统包括多个旋翼无人机和地面传感器节点；

(2)构建以最大化地面传感器节点上传数据到无人机基站通信的和速率为目标的优化问题；

(3)构建基于博弈论的优化模型，将步骤(2)中的问题建模为无人机为参与者的非合作博弈模型；

(4)采用分布式学习算法迭代得到无人机的部署策略，直到步骤(2)中的优化问题达到最优，旋翼无人机最终位置被确定。

进一步地，步骤(2)所述优化函数为：