[发明专利]一种用于室内定位信息收集的无人机路径和动作规划算法

说明书

本发明涉及一种用于室内定位信息收集的无人机路径和动作规划算法，属于物联网领域。本发明为搭载信号收集设备(无线网卡)的无人机规划动作和路径，探测在三维空间中的信道状态信息(CSI)信号，从而用于室内定位信息指纹图的建立。相比于人为探测CSI信号，无人机降低了信号的扰动，而路径和动作规划避免了无人机在室内的碰撞并且极大地降低了能耗。在对室内环境、无人机运动和能量进行建模后，将规划问题转化为广义的旅行商问题(GTSP)，从而使用GLNS求解器进行优化。

技术领域

本发明涉及一种用于室内定位信息收集的无人机路径和动作规划算法，属于计算机领域中物联网领域。

背景技术

室内定位是指利用无线通信、基站定位、惯性导航定位等多种技术，在某一时刻确定出人员和物体在室内的具体位置。室内定位因能完成人员、物体等在室内位置的精确感知，从而使其在医疗辅助、井下救援、智能家居和智能教学等众多领域具有巨大的应用前景和经济价值。当前室内定位技术包括UWB、蓝牙、RFID、Zigbee、红外、超声波和WiFi等。其中基于WiFi技术的CSI指纹图定位具有非常高的精度，且CSI信号易于收集[1，2]，因此该技术已经成为很多室内定位需求的首选方案。

为了减少人力投入以及人在室内的移动对WiFi信号产生的影响，可以使用无人机携带专业的CSI信号采集设备(通常为特殊型号的网卡)在室内执行信息收集任务。该任务需要达到全覆盖率，即所有具有WiFi信号的地方都必须飞到并获取其数据，而当前商业无人机的电池容量较小是一个非常严重的缺陷。此外，同一时间无人机只能连接到一个WiFi采集其数据。这些约束就要求了我们需要对无人机执行任务进行节能高效的路径和动作规划。

目前，存在许多室内或室外无人机的路径规划工作[3，4，5]；他们通常为区域的路径覆盖问题，场景一般为开阔的室外区域或者精心布置，并带有可供无人机自定位装置的室内环境，并不能满足使用无人机在较为复杂的室内环境中进行定位信息收集的要求。同时，也有很多基于CSI的室内指纹图技术的研究[6，7]，各项实验指标表明只要收集足够的CSI信号数据就可以完成CSI指纹图的构建，从而达到精准的室内定位的目的。本发明专利提出一种无人机路径和动作规划算法，可以使无人机在较低能量能耗的情况下完成室内定位信息收集的任务。

上文中提到的文献来源于如下的期刊：

[1]Wang X，Gao L，Mao S.CSI phase fingerprinting for indoorlocalization with a deep learning approach[J].IEEE Internet of ThingsJournal，2016，3(6)：1113-1123..

[2]Wu K，Xiao J，Yi Y，et al.CSI-based indoor localization[J].IEEETransactions on Parallel and Distributed Systems，2012，24(7)：1300-1309.

[3]Cabreira T M，Ferreira P R，Di Franco C，et al.Grid-Based CoveragePath Planning with Minimum Energy over Irregular-Shaped Areas with UAVS[C]//2019 International Conference on Unmanned Aircraft Systems(ICUAS).IEEE，2019：758-767.Information Networking and Applications，AINA，Gino Wan，Okinawa，Japan，March 25-28，2008，pp.978-984.