个环节分别阐述实施过程:
[0085](I)环节一:地震灾区范围确定和任务区生成
[0086]地震灾区范围确定是由减灾中心调度人员利用本发明软件提供的地震参数录入程序，输入地震震源坐标、深度、震级、烈度等相关参数，依据经验公式快速生成地震灾区范围；然后，将灾区范围与居民地图层进行叠置分析，计算出灾区内的房屋图斑，进而对灾区内的房屋数据进行聚类分析，并聚合生成居民地监测任务区。
[0087]利用数字高程模型数据，生成灾区坡度图并进行重分类，从中圈定出超出指定坡度的陡峭区域，结合道路、水系数据，圈定道路、水系的重点监测任务区。
[0088]算法流程如图2所示。
[0089]发明人与研宄小组利用Visual C#2010开发语言，结合ArcEngine开发组件，实现了灾情管理、地震灾区范围的自动确定和任务区自动生成的程序。
[0090](2)环节二:无人机单位订单和无人机编队跟踪
[0091]利用路径分析方法计算各无人机单位到达灾区的最小通达时间，并将其从小到大进行排序；然后由减灾中心调度人员选取参与救援的无人机单位，并生成WORD文档格式的报表，报送相应单位，经协商确定最终参与救援的无人机单位，并生成无人机订单报表；最后，由无人机单位通知参与救援的下属无人机编队开启信息上报与跟踪APP系统，开始自动上报编队状态及位置信息，必要时无人机编队管理员可利用APP程序上报作业、交通等突发事件。实现流程如图3所示。
[0092]发明人及其研宄小组基于Android4.1平台，使用Eclipse+Android SDK集成开发环境，研发了无人机编队上报与跟踪APP软件，实现了无人机编队状态和位置的自动上报；亦为无人机编队管理员提供了交通、无人机故障等事件上报功能。
[0093](3)环节三:无人机编队任务规划
[0094]根据各无人机编队当前位置，利用路径分析方法，创建无人机编队-任务区覆盖路径，并将所有覆盖路径中的结点按时间顺序进行排序，从中去除重复且较晚的结点，最后得到带有执行编队及作业时间的结点序列，即为任务规划方案。算法过程如图4所示。
[0095]当无人机编队遇到突发事件时，如交通中断、无人机损毁、天气影响等，管理员利用APP软件及时上报相关信息，本发明研发的系统在接收到相应上报信息以后，将重新规划后续任务执行方案。
[0096]发明人和研宄小组使用Visual C#2010语言和ArcEngine开发组件包，研发了无人机编队任务规划软件，实现了任务预规划程序，并能自动侦听无人机编队上报事件，进而根据事件类型重新动态规划任务。
[0097]应该说明的是，以上实施方法仅用来说明本发明的技术方案而非限制。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:根据震源坐标、深度、震级、烈度参数，生成地震灾区范围，并结合居民地、道路、水系和数字高程模型数据，生成灾区重点监测区域，即任务区； 步骤2:利用路径分析方法，计算可供调遣的各无人机单位到达灾区时间，根据计算得到的时间选取前往灾区的无人机单位，即得到无人机单位调度方案； 步骤3:无人机单位根据无人机单位调度方案向灾区派遣无人机编队，然后根据所要派遣的无人机编队位置与状态，生成无人机编队前往灾区的交通方案； 步骤4:无人机编队按照交通方案前往灾区，然后根据所有派遣的无人机编队的移动情况，生成多无人机编队任务规划方案，并根据无人机编队实时的作业和交通状态，动态规划作业方案； 所述的地震灾区范围是指利用地震烈度椭圆经验公式计算出的地震烈度达到指定等级的椭圆区域； 所述的任务区域是灾区内部需监测的重点区域，包括居民居住聚集区域、陡峭路段和水系区域； 所述的路径分析方法采用最短路径分析方法，通过最短路径分析方法计算给定无人机编队当前位置到灾区、任务区的最佳路径及其最小通行时间； 所述的无人机编队是指拥有无人机的单位下属的最小作业单元，包括操作人员、无人机和数据采集部件； 所述的数字高程模型数据即DEM，是利用栅格数据结构表达地表高程的数据模型。
2.根据权利要求1所述的一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，其特征在于，步骤I所述的生成任务区包括以下步骤: 1)根据设定的行、列数，将灾区范围划分成若干个正交矩形单元格； 2)计算每个单元格包含或相交的居民地多边形要素，进而计算各单元格居民地密度，依次将该单元格上下左右4方向相互邻近且密度大于指定阈值的单元格所包含或相交的居民地多边形要素聚为一个任务区域；进而采用约束Delaunay三角网法计算同一任务区域居民地要素聚合边界，即得到居民地任务区； 3)利用DEM数据生成灾区坡度图，然后根据坡度大小对坡度图进行重分类，从中选取超出指定坡度值的区域；最后计算这些区域中的道路、水系范围，生成道路、水系的坡度任务区； 所述的居民地要素是指在地图上使用多边形方式表达的房屋等人工建筑实体。 所述的约束Delaunay三角网是指同一任务区域中所有居民地多边形顶点构造的且不与居民地多边形相交的Delaunay三角网； 所述的聚合边界是利用约束Delaunay三角网中包含同一任务区域所有居民地多边形的最外侧三角形边线所围成的多边形； 所述的重分类是在地理信息统中利用给定的属性和分类区间值域，从而将空间或空间实体划分为多个部分的一种方法。 所述的任务区包括步骤2)和3)中生成的居民地任务区和坡度任务区。
3.根据权利要求1中所述的一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，其特征在于，步骤2所述确定无人机单位调度方案，包括以下处理步骤: 1)结合全国路网数据，利用路径分析方法计算无人机单位所在地到灾区的交通时间，并生成交通时间报表； 2)选择交通时间满足应急响应要求的无人机单位并确定无人机单位调度方案，并生成无人机单位订单报表。 所述的路网数据是指将全国道路数据经数据加工、拓扑处理后的道路网络数据集。
4.根据权利要求1中所述的一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，其特征在于，步骤3所述的跟踪无人机编队并生成交通方案报表，包括以下处理过程: 1)无人机编队内的无人机上传编队实时信息，实时信息包括实时位置、设备状态、工作状态以及突发事件； 2)根据实时信息，重新计算各无人机编队到达灾区的交通时间，并生成交通方案报表; 步骤I)中所述的突发事件包括交通中断和无人机损毁。 步骤2)中所述的重新计算各无人机编队到达灾区的交通时间是根据无人机编队实时信息中的交通中断信息进行计算。
5.根据权利要求1中所述的一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，其特征在于，步骤4所述的多无人机编队任务规划方案，包括以下处理过程: 1)利用路径分析工具，以当前各无人机编队所在位置为起始结点，以无人机编队到达最近任务区以及任务区之间通行时间为权值，生成无人机-任务区覆盖路径，并在每个结点上标注无人机编队和到达任务区可能花费的时间； 2)将所有任务区覆盖路径结点，按时间点由早到晚排序，然后从排序列表中剔除重复且不是最早结点上的任务区，最后得到多无人机任务规划方案； 3)实时跟踪多无人机编队交通、任务执行状态，并在方案执行过程中，依据无人机编队上报信息，动态规划后续任务执行方案； 所述的覆盖路径是从无人机编队位置开始遍历所有任务区所需交通时间成本的一个连通子图；本发明使用的覆盖路径是从无人机编队所在位置出发，查找交通时间成本最小的任务区，再从该任务区出发，寻找距离该任务交通时间最小的且未归入覆盖路径的任务区，依此递归搜索，直到所有任务区均加入覆盖路径时结束计算。
【专利摘要】本发明公开了一种面向地震应急响应的多无人机调度与任务规划方法，包括三个环节：(1)地震灾区范围和任务区确定，(2)无人机单位订单和无人机编队跟踪，(3)无人机编队任务规划与动态规划。采用本发明，能够提高无人机调度与任务规划的效率，快速调度无人机编队参与抢险救灾。
【IPC分类】G08G5-00
【公开号】CN104867357
【申请号】CN201510029848
【发明人】李光强, 周晓光, 尹健, 肖邱勇, 王彦坤, 张攀
【申请人】中南大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年1月21日