基于人工智能的无人机巡航监测系统及方法与流程

本发明涉及无人机，具体为基于人工智能的无人机巡航监测系统及方法。

背景技术：

1、雷达数据处理概括而言，可以看作是对检测到的点迹和已建立的航迹进行处理；雷达数据处理中的航迹，相当于是每个目标的档案，其中包括目标的任何相关信息；在无人机进行巡航的过程中，现有技术方案往往按照规划航线进行任务巡航，是属于单一航线和单一无人机的孤立作业；

2、在无人机巡航过程中，经常会出现很多故障问题，比如说机载雷达设备故障、无人机能源消耗殆尽或者无人机被发现击落等，当出现这些故障问题时必然导致巡航作业终止；随着无人机技术领域的不断发展，单一化的无人机作业已经远远无法满足巡航任务的要求，需要对无人机联动关联等问题进行深入研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于人工智能的无人机巡航监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、基于人工智能的无人机巡航监测系统，本系统包括：任务区域编码模块、巡航路径编码映射模块、静态巡航路径相似度计算模块和静态巡航路径匹配模块；

4、所述任务区域编码模块，用于获取任务区域地形特征信息，建立任务区域二维平面图，根据任务区域二维平面图将任务区域进行统一编码划分，所述任务区域地形特征信息为任务区域外部轮廓特征信息；

5、所述巡航路径编码映射模块，用于根据统一编码划分，对巡航路径进行编码信息映射，形成静态巡航路径编码集合；根据静态巡航路径编码集合，计算每条静态巡航路径的安全系数；

6、所述静态巡航路径相似度计算模块，用于根据每条静态巡航路径的安全系数，计算静态巡航路径的相似度；

7、所述静态巡航路径匹配模块，用于在每条静态巡航路径上设置一台无人机进行动态巡航作业，当某条静态巡航路径上的无人机发生故障时，根据静态巡航路径的相似度进行静态巡航路径的匹配，预设匹配次数阈值，当匹配次数达到匹配次数阈值时终止匹配，输出匹配最优解对应的静态巡航路径，匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机对发生故障的无人机对应的静态巡航路径进行巡航作业；

8、进一步的，所述任务区域编码模块还包括卫星雷达识别单元和编码划分单元；

9、所述卫星雷达识别单元，用于通过卫星雷达系统扫描任务区域地形并生成任务区域地形特征信息，根据任务区域地形特征信息，生成任务区域二维平面图；

10、所述编码划分单元，用于对任务区域二维平面图进行划分，将任务区域划分为n个网格，并对所有网格进行统一编码；

11、进一步的，所述巡航路径编码映射模块还包括编码映射单元和静态巡航路径安全系数计算单元；

12、所述编码映射单元，用于获取静态巡航路径信息，将静态巡航路径信息在任务区域二维平面图上进行映射，将静态巡航路径在任务区域二维平面图上经过的网格按照静态巡航路径顺序进行整理并且生成对应的映射路径集合；遍历映射所有静态巡航路径信息，将任意一个映射路径集合记为ii＝{u1，u2，...，ux}，其中ii表示第i个静态巡航路径，u1，u2，...，ux分别表示第i个静态巡航路径在任务区域二维平面图上映射经过的网格，并且x小于等于n；

13、所述静态巡航路径安全系数计算单元，用于根据映射路径集合，将一个网格看作一个航迹点，同时挖掘每条静态巡航路径的方向角安全值和巡航路程安全值，具体计算公式如下：

14、

15、

16、其中，ai表示第i个静态巡航路径的方向角安全值，hj+1表示以第j个航迹点为任务区域二维平面图的原点时第j+1个航迹点的方向角，hj表示第j个航迹点的初始方向角，hmax表示无人机的最大转弯角约束值，bi表示第i个静态巡航路径的巡航路程安全值，kj+1表示第j+1个航迹点到第j个航迹点的路程长度值，kj表示第j个航迹点的初始路程长度值，kmax表示无人机的最大飞行路程长度值，j∈{1，2，...，x}；根据每条静态巡航路径的方向角安全值和巡航路程安全值，计算每条静态巡航路径的安全系数，具体计算公式如下：

17、ci＝a×ai+b×bi

18、其中，ci表示第i个静态巡航路径的安全系数，a和b分别为调节参数值且a和b均为常数；

19、进一步的，所述静态巡航路径相似度计算模块还包括静态巡航路径编号单元和相似度计算单元；

20、所述静态巡航路径编号单元，用于对所有静态巡航路径进行统一编号，共得到y条静态巡航路径，则i＝1，2，...，y；

21、所述相似度计算单元，用于根据每条静态巡航路径的安全系数，计算静态巡航路径的相似度，具体计算公式如下：

22、

23、其中，p(ci)表示第i个静态巡航路径与第i+1个静态巡航路径的相似度；

24、进一步的，所述静态巡航路径匹配模块还包括匹配记录单元和匹配筛选单元；

25、所述匹配记录单元，用于对第i个静态巡航路径的相似度进行归一化处理，将相似度归一化处理值记为v(im)，且产生一个在[0，1]区间的随机数，记为t；根据随机数t对第i个静态巡航路径进行匹配，如果随机数t满足判断公式v(im)<t<v(im+1)，则对v(im+1)对应的第i+1个静态巡航路径进行记录；

26、所述匹配筛选单元，用于预设匹配次数阈值，且匹配次数阈值等于y；当匹配次数达到匹配次数阈值时终止匹配，同时在记录的所有相似度归一化处理值中找寻一个最大值作为匹配最优解，输出匹配最优解；同时给匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机发送控制指令，匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机对发生故障的无人机对应的第i个静态巡航路径进行巡航作业。

27、基于人工智能的无人机巡航监测方法，本方法包括以下步骤：

28、步骤s100：获取任务区域地形特征信息，建立任务区域二维平面图，根据任务区域二维平面图将任务区域进行统一编码划分，所述任务区域地形特征信息为任务区域外部轮廓特征信息；

29、步骤s200：根据统一编码划分，对巡航路径进行编码信息映射，形成静态巡航路径编码集合；根据静态巡航路径编码集合，计算每条静态巡航路径的安全系数；

30、步骤s300：根据每条静态巡航路径的安全系数，计算静态巡航路径的相似度；

31、步骤s400：在每条静态巡航路径上设置一台无人机进行动态巡航作业，当某条静态巡航路径上的无人机发生故障时，根据静态巡航路径的相似度进行静态巡航路径的匹配，预设匹配次数阈值，当匹配次数达到匹配次数阈值时终止匹配，输出匹配最优解对应的静态巡航路径，匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机对发生故障的无人机对应的静态巡航路径进行巡航作业；

32、根据上述方法，无人机在巡航作业之前，需要通过卫星雷达对任务区域进行静态航迹规划，静态航线的规划往往只针对作业任务和已知的地形特征环境信息进行统筹布局和设计，但是对于无人机在作业过程中的动态突发情况也需要进行及时的航线弥补。

33、进一步的，所述步骤s100的具体实施过程包括：

34、步骤s101：通过卫星雷达系统扫描任务区域地形并生成任务区域地形特征信息，根据任务区域地形特征信息，生成任务区域二维平面图；

35、步骤s102：对任务区域二维平面图进行划分，将任务区域划分为n个网格，并对所有网格进行统一编码。

36、进一步的，所述步骤s200的具体实施过程包括：

37、步骤s201：获取静态巡航路径信息，将静态巡航路径信息在任务区域二维平面图上进行映射，将静态巡航路径在任务区域二维平面图上经过的网格按照静态巡航路径顺序进行整理并且生成对应的映射路径集合；遍历映射所有静态巡航路径信息，将任意一个映射路径集合记为ii＝{u1，u2，...，ux}，其中ii表示第i个静态巡航路径，u1，u2，...，ux分别表示第i个静态巡航路径在任务区域二维平面图上映射经过的网格，并且x小于等于n；

38、步骤s202：根据映射路径集合，将一个网格看作一个航迹点，同时挖掘每条静态巡航路径的方向角安全值和巡航路程安全值，具体计算公式如下：

39、

40、

41、其中，ai表示第i个静态巡航路径的方向角安全值，hj+1表示以第j个航迹点为任务区域二维平面图的原点时第j+1个航迹点的方向角，hj表示第j个航迹点的初始方向角，hmax表示无人机的最大转弯角约束值，bi表示第i个静态巡航路径的巡航路程安全值，kj+1表示第j+1个航迹点到第j个航迹点的路程长度值，kj表示第j个航迹点的初始路程长度值，kmax表示无人机的最大飞行路程长度值，j∈{1，2，...，x}；

42、步骤s203：根据每条静态巡航路径的方向角安全值和巡航路程安全值，计算每条静态巡航路径的安全系数，具体计算公式如下：

43、ci＝a×ai+b×bi

44、其中，ci表示第i个静态巡航路径的安全系数，a和b分别为调节参数值且a和b均为常数。

45、进一步的，所述步骤s300的具体实施过程包括：

46、步骤s301：对所有静态巡航路径进行统一编号，共得到y条静态巡航路径，则i＝1，2，...，y；

47、步骤s302：根据每条静态巡航路径的安全系数，计算静态巡航路径的相似度，具体计算公式如下：

48、

49、其中，p(ci)表示第i个静态巡航路径与第i+1个静态巡航路径的相似度。

50、进一步的，所述步骤s400的具体实施过程包括：

51、步骤s401：对第i个静态巡航路径的相似度进行归一化处理，将相似度归一化处理值记为v(im)，且

52、步骤s402：产生一个在[0，1]区间的随机数，记为t；根据随机数t对第i个静态巡航路径进行匹配，如果随机数t满足判断公式v(im)<t<v(im+1)，则对v(im+1)对应的第i+1个静态巡航路径进行记录；

53、步骤s403：预设匹配次数阈值，且匹配次数阈值等于y；当匹配次数达到匹配次数阈值时终止匹配，同时在记录的所有相似度归一化处理值中找寻一个最大值作为匹配最优解，输出匹配最优解；同时给匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机发送控制指令，匹配最优解对应的静态巡航路径上的无人机对发生故障的无人机对应的第i个静态巡航路径进行巡航作业；

54、根据上述方法，无人机在动态作业规程中的未知情况往往无法准确预知，但是当某个航线出现问题时，为了使巡航任务继续顺利完成，需要对各个航线之间找寻关联关系，从而可以及时的弥补动态问题航线。

55、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供的基于人工智能的无人机巡航监测系统及方法中，通过卫星雷达识别任务区域的地形特征信息，从而对任务区域进行二维平面编码划分，再进一步将巡航路径在二维平面编码中进行映射，使巡航路径能够在统一编码中进行精准关联；同时结合静态巡航路径中的方向角和航线路程来对每条巡航路径进行深入关联，计算巡航路径的安全系数，并且当动态的巡航过程中出现问题时，能够动态的方向角和航线路程的变化快速匹配到最相似的其他航线上的无人机来弥补任务操作，从而将静态的巡航路径和动态的任务操作变化，以及将多无人机和多航线进行统筹调度，形成替代弥补决策，以及时应对巡航过程中的种种未知风险或者突发情况，使无人机能够更加灵活不断变化作业。