[发明专利]一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法

说明书

本发明为一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法。包括如下步骤：(1)建立环境模型；(2)通过分层规划策略将模型划分为不同高度层，通过地图重构策略对当前高度层地图进行重建，得到二维重构地图；(3)对二维重构地图进行二维全覆盖路径规划：对位置节点进行区域分支判断，按照死区、局部区域到全局区域的顺序进行筛选；(4)采用层间连接策略关联不同层之间的子节点和父节点；(5)判断是否遍历三维环境中所有高度层；(6)进行路径追溯，找出完整的三维路径并输出。本发明有效降低陷入死点数目，快速实时规划出较短路径，降低路径重复率，具有较好鲁棒性，适用于复杂受灾环境的三维全覆盖路径规划。

技术领域

本发明属于三维全覆盖路径规划领域，具体涉及一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法。

背景技术

近年来，随着各种灾难频繁发生，灾区应急救援显得更加重要，由无人机空中辅助进行协同工作成为趋势。

传统的全覆盖路径规划算法对局部节点选择和陷入死区处理方式太过于简单，同时，在三维层面上未考虑实时的地图重构，会显著增加无效区域以及无效路径节点，这样使得其鲁棒性不好，不能够适应不同的场合，例如复杂城市受灾和复杂森林受灾等情况，所以这将会大大限制传统算法的使用场合，同时导致规划出的路径不准确，路径重复率过高，不能用于高精度要求的领域。

为解决复杂的实际受灾环境对救援过程的影响，结合无人机对空中区域进行快速三维全覆盖搜索救援，提高对受灾人员的营救率，故本发明针对传统全覆盖路径的适应性不强，同时提高算法的强健性，能够应用在不同的场合，提出了无人机全覆盖三维救援路径规划算法，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法，在二维固定高度区域内，在当前节点未陷入死区时，采用全局运动策略和局部运动策略；反之，则采用摆脱死区策略寻找下一节点；将二维扩展到三维，需要采用分层规划策略对不同高度值进行划分进行二维规划，地图重构策略对不同高度的障碍物区域进行重新构造，显著缩短了全覆盖的路径长度和重复率，层间连接策略将不同层之间的子节点和父节点关联起来，从而能够进行最终的路径追溯，同时，在三维路径规划层面上还需要对二维的全局运动策略进行扩展，使其能够适应多高度层节点搜寻，最终得到完整三维路径。能够应用在环境复杂的三维受灾环境中。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种复杂受灾环境下无人机全覆盖三维救援路径规划算法，包括如下步骤：

步骤(1)：建立环境模型；

步骤(2)：预处理：通过分层规划策略将环境模型划分为不同高度层，通过地图重构策略对当前高度层地图进行重建，得到多个不同高度层的二维重构地图；

步骤(3)：对二维重构地图进行二维全覆盖路径规划：对当前位置节点进行区域分支判断，按照死区、局部区域到全局区域的顺序进行筛选；若当前位置节点位于死区，则应用摆脱死区策略摆脱死区；若位于非死区区域，则再对当前位置节点进行分支判断，若当前位置节点是边界节点及靠近障碍物节点时，应用局部运动策略找出下一个未覆盖节点，即为当前位置节点找到路径更短的下一位置节点；若非上面两种情况，则将全局运动策略应用于剩余节点；

步骤(4)：后处理：采用层间连接策略关联不同层之间的子节点和父节点；

步骤(5)：判断是否遍历三维环境中所有高度层，若未完成，则重复步骤(2)到步骤(4)；反之，则进入下一步；

步骤(6)：进行路径追溯，利用节点信息，反向找出完整的三维路径并输出。

进一步的，步骤(2)具体包括如下步骤：

步骤(21)：采用分层规划策略将环境模型划分为不同高度层，依据当前区域内的最高和最低障碍物的高度差值来获取层间间隔；