[发明专利]一种基于三维模型的无人机覆盖路径规划方法

权利要求书

1.一种基于三维模型的无人机覆盖路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定无人机的视锥大小，建立三维模型的空间包围盒；

S2：结合视锥和包围盒设计三维栅格地图，布置无人机测量点；

S3：规划三维模型表面的无人机测量路径；

所述确定无人机视锥大小，建立三维模型的空间包围盒，包括以下步骤：

S11：定义无人机的视锥大小，保证无人机的视锥的工作距离与覆盖面积构成立方体单元，定义立方体单元边长为l；

S12：计算三维模型各点坐标分别在X轴、Y轴和Z轴的最大值x_max、y_max、z_max和最小值x_min、y_min、z_min，设计边长为L的立方体包围盒，其中边长L满足以下条件：

L＝n×l

L≥max((x_max-x_min)，(y_max-y_min)，(z_max-z_min))

其中n为正整数，max(·)为取最大值的函数；

S13：保持立方体包围盒静止，分别计算立方体包围盒和三维模型的中心点，c_Box和c_Model，计算平移向量根据平移向量将三维模型移动到立方体包围盒中心位置；

所述结合视锥和包围盒设计三维栅格地图，布置无人机测量点，包括以下步骤：

S21：结合视锥和包围盒设计三维栅格地图，根据边长为l的立方体单元，将立方体包围盒划分为n×n×n个立方体单元，将立方体单元定义为栅格，对每个栅格进行编号(i，j，k)，表示第i行、第j列、第k层的栅格，其中i，j，k均为正整数，且0≤i≤n、0≤j≤n、0≤k≤n；

S22：三维栅格地图包含三维模型和空白区域，定义每个栅格的属性，包含部分三维模型的栅格定义为障碍物，完全不包含三维模型的栅格定义为空白点；

S23：进一步的根据三维模型结构布置无人机测量点，空白点中包含三维模型表面的栅格定义为测量点。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维模型的无人机覆盖路径规划方法，其特征在于，所述规划三维模型表面的无人机测量路径，采用WaveFront算法进行三维空间的路径规划，包括以下步骤：

S31：初始化相关参数，所述相关参数包括初始栅格(i，j，k)_begin、测量点总数N、已飞行点集；

S32：设置初始栅格的损耗值为0，即cost(i，j，k)_begin＝0，根据下列公式计算三维栅格地图中各个栅格的损耗值；

其中，near(i，j，k)为(i，j，k)周围的栅格，min(·)为取最小值的函数，以初始栅格为起点，将初始栅格添加到已飞行点集中；

S33：选择当前测量点的邻接测量点中的损耗值最小的测量点为移动目标，并判断该邻接测量点是否在已飞行点集，若不存在，无人机朝着该邻接测量点移动，若存在，则进行回溯；

S34：将无人机所在的当前测量点添加到已飞行点集中，如果已飞行点集中测量点的总数为N，则测量点全部覆盖，结束路径规划任务；否则返回步骤S33，继续执行路径规划。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维模型的无人机覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤3中回溯的具体步骤为：

S331：判断当前测量点的邻接测量点是否全部存在于已飞行点集中，如果是，则回退到上一步的测量点；如果不是，进一步判断其他邻接测量点是否被包含在已飞行点集中，如果不是，则移动到该邻接测量点；

S332：执行S331，直到当前测量点的全部邻接测量点中存在不被包含在已飞行点集中的邻接测量点，则移动到该测量点，并返回S33，继续执行任务。

4.根据权利要求1所述的一种基于三维模型的无人机覆盖路径规划方法，其特征在于，所述三维模型为真实物体的三维数字模型。