[发明专利]一种基于子网络协同的无人机数据收集方法

权利要求书

1.一种基于子网络协同的无人机数据收集方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)位于地面的节点之间交互信息，使能够通信的节点组成子网络，同时属于同一子网络的节点存储该子网络所有节点的信息；

所述步骤(1)具体包括：

(1.1)每个节点尝试建立以自身为根的最短路径树，在网络中广播消息；广播消息的格式包括根节点标识、发送节点的标识、发送节点距离根节点的跳数；

(1.2)当节点接收到源自两个不同根节点的广播消息时，选择编号小的根节点作为最短路径树，替其转发广播消息，忽略源自其它根节点的广播消息；

(1.3)若一个节点始终未更改最短路径树的根，即最短路径树的根为自身，则其为子网络的根节点；此时，该节点广播信息收集子网络的节点编号；

(1.4)根节点在接收到子网络中其它节点的编号后，将所有编号广播给其它节点，使得子网络中的所有节点均知悉本子网络中包含哪些节点；

(2)无人机飞行至不同节点上空获取子网络信息，所述子网络信息为某一节点和该节点所处子网络的隶属关系；

所述步骤(2)具体包括：

(2.1)无人机维护一个未访问的节点的集合，初始状态时，所有节点均为未访问节点；

(2.2)无人机从未访问节点中，挑选一个离自身当前位置最近的节点，飞至该节点上空，与该节点通信，获取该节点所属子网络信息；

(2.3)无人机将获取到的子网络中的所有节点记录到本地，并将子网络中的所有节点从未访问节点集合中删除；

(2.4)无人机重复执行步骤(2.2)-(2.3)，直到未访问节点集合为空；此时，无人机获知所有子网络信息；

(3)无人机根据获取的子网络信息，选择悬停点以覆盖所有子网络，并迭代优化悬停点的选择以缩短无人机飞行路径，直至路径无法进一步被缩短，最终生成悬停点和无人机飞行路径；

所述步骤(3)具体包括：

(3.1)构造一个无人机的初始飞行路径，使其访问每个节点一次并且飞行路径长度最短；

(3.2)利用子网络信息缩短路径；

(3.3)构造无人机的悬停点序列P₀,P₁,P₂…，P_n，该序列顺序与子网络一一对应，用对应节点的位置坐标表示该序列，不断迭代优化，缩减路径长度；其中，对于一个地面节点k,如果要与无人机u进行通信需要满足以下公式：

其中，R为节点与无人机之间的最大可通信距离，x_k和y_k、x_u和y_u分别为节点k和无人机u的横坐标和纵坐标；

所述步骤(3.3)具体为：

(3.3.1)计算无人机按悬停点序列飞行时的路径长度，记为h；

(3.3.2)当k＝0时，无人机的悬停点P₀坐标不变，即为节点c₀的坐标位置，将k加1；

(3.3.3)在子网络C_k中寻找离P_K-1和P_K+1组成直线a最近的节点，将P_k更新为该点的坐标，计算P_k与直线a的距离，记为L，对比L和R的大小；

(3.3.4)如果LR，则无人机飞至P_K+1位置途中即能够与C_k进行数据通信，将访问子网络C_k的悬停点更新为直线a上的一点P_k’，坐标根据如下公式求得：

(3.3.5)如果L≥R，访问子网络C_k的悬停点更新为离原悬停点距离为R的P_k’点，坐标根据如下公式求得：

(x_k-x_k^′)²+(y_k-y_k^′)²＝R²、

(3.3.6)将k加1，若k小于等于n-1，则跳转至步骤(3.3.3)执行；

(3.3.7)计算无人机按照更新后的悬停点P₀,P₁,P₂,…,P_n飞行时的路径长度h’，如果长度缩减，即h’h，则更新h为h’,跳转至步骤(3.3.2)执行；

(3.3.8)输出悬停点位置P₀,P₁,P₂,…,P_n，无人机的最优路径为依次飞过这些悬停点的路径；

(4)无人机按照路径飞行采集数据。