[发明专利]一种基于种子搜索的建筑空间无人机航线规划方法

权利要求书

1.一种基于种子搜索的建筑空间无人机航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构造规划模型，包括任务环境空间模型：表达无人机任务执行的空间范围，定义为一个立方体；城市建筑模型：表达建筑物位置和外观，所有城市建筑的模型用一系列立方体包围盒表达，复杂建筑拆分为多个拼接在一起的简单立方体；种子模型：均匀分布于环境空间中的三维坐标点，所有种子均处于空闲区域，不与建筑模型交叉重叠；航线模型：开始于起点，经过若干种子，终止于终点的一条空间折线，航线包括种子集合和航路点集合，在航路搜索中，将符合条件的种子从种子集合中取出，放到航路点集合，直至打通整个航路；

(2)对象声明，包括建筑模型列表：用于存储环境中所有的城市建筑模型；种子列表：用于存储所有的种子；规划中航线列表：用于存储搜索过程中创建的临时航线，临时航线尚未完成从起点到终点的连接；完成航线列表：存储已经完成的完整航线，完整航线已经完成了从起点到终点的连接；

(3)获取基本信息：包括获取任务环境空间范围信息、所有城市建筑模型信息、无人机任务起点、无人机任务终点和无人机尺寸约束；

(4)根据已知任务环境空间范围和城市建筑模型坐标数据，向环境中播撒种子，种子均匀填充在任务环境空间范围的城市建筑模型间隙中，且种子之间的间隔为无人机立方体包围盒最大边长的2倍；

(5)基于路线起点创建初始航线，初始航线只包含无人机任务起点一个航路点，将所有种子复制到该航路中的种子列表，并将初始航线加入规划中航线列表；

(6)遍历规划中航线列表，判断每条航线最后一个航路点是否与无人机任务终点可视，如果可视，则该航线为完成航线，将无人机任务终点补充到该航线中，并将该航线从规划中航线列表中取出，加入到完成航线列表，规划中航线列表遍历完后转入步骤(8)；如果该航线最后一个航路点与无人机任务终点不通视，则转入步骤(7)；

(7)对剩余种子进行判断，若剩余种子数为零或剩余种子均与航线最后一个航路点不通视，则不能构造新航路，航路搜索过程结束，转入步骤(8)；否则计算本航线所有剩余种子与最后一个航路点的距离，取与最后一个航路点通视且距离最近的n个种子，构造出包括原航线在内的n条航线，将相应种子分别加到航线的航路点中，作为最后一个航路点，并将相应的种子从航线的种子列表中移除，返回步骤(6)；n为设定值；

(8)如果完成航线列表中航线数量为0，则不存在从无人机任务起点到终点的航线，航路规划结束；如果完成航线列表中航线数量不为0，则逐条计算每条航线的距离，取距离最短的航线作为本次规划的最终航线；

其中，步骤(4)具体包括以下步骤：

(401)根据环境空间SPACE(Xmin，Ymin，Zmin,Xmax，Ymax，Zmax)和种子间隔step＝2×UAVSIZE，逐点计算种子位置，形成种子位置集合POS＝{(x，y，z)|P(x，y，z)}，其中P(x，y，z)定义如下,为向下取整操作：

(402)将计算出的每个种子位置与建筑模型列表ListBuilding中的每个建筑模型进行空间关系计算，如果种子落在任意一个建筑模型中，则丢弃该种子，否则将该种子加入种子列表ListSeed中，则种子列表ListSeed中的任意一个种子Seed(x,y,z)针对建筑模型列表ListBuilding的任意一个建筑模型Building(Xmin，Ymin，Zmin,Xmax，Ymax，Zmax),满足如下条件：

Seed.x≤Building.Xmin|Seed.x≥Building.Xmax|

Seed.y≤Building.Ymin|Seed.y≥Building.Ymax|

Seed.z≤Building.Zmin|Seed.z≥Building.Zmax

其中，UAVSIZE为无人机立方体包围盒最大边长，Xmin为最小横坐标，Ymin为最小纵坐标，Zmin为最小高度坐标，Xmax为最大横坐标，Ymax为最大纵坐标，Zmax为最大高度坐标；

其中，步骤(6)中判断两点可视的方法为：对两点pt1和pt2的连线密集采样，如果有一个采样点与建筑模型交叉，则判断两点不通视，处理逻辑如下：

计算两点连线长度：

对两点pt1和pt2的连线密集采样，对任意采样点Pt(x,y,z),需满足：

针对任一采样点Pt和任一建筑模型Building,如果满足下面条件，则判断该采样点与建筑模型交叉：

Building.Xmin≤Pt.x≤Building.Xmax

Building.Ymin≤Pt.y≤Building.Ymax

Building.Zmin≤Pt.z≤Building.Zmax

Building(Xmin，Ymin，Zmin,Xmax，Ymax，Zmax)为任意一个建筑模型的坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于种子搜索的建筑空间无人机航线规划方法，其特征在于，步骤(7)中计算本航线所有剩余种子与最后一个航路点的距离，取与最后一个航路点通视且距离最近的n个种子，构造出包括原航线在内的n条航线，将相应种子分别加到航线的航路点中，作为最后一个航路点，并将相应的种子从航线的种子列表中移除，具体包括以下步骤：

(701)在基于原有航线line构造新航线之前，先计算该航线中剩余种子与本航线最后一个航路点的距离；

(702)将所有种子与最后一个航路点的距离按从小到大排序，取出距离最后一个航路点最近的n个种子，构造出包括原航线在内的n条航线，将n个种子分别加到n条航线的航路点中，并将相应的种子从航线的种子列表中移除，基于种子seed构造新航线的算法如下：

首先基于原有航线line构造新航线:line1＝line；

然后将种子seed添加到line1的航路点列表：

line1.ListPoint.Add(seed)；

最后将种子seed从候选种子列表中删除：

line1.ListSeed.Remove(seed)；

ListPoint为航路点集合，ListSeed为路线规划的候选种子集合。