[发明专利]一种基于无人机的移动数据采集方法、装置和终端

说明书

本发明公开了基于无人机的移动数据采集方法，包括步骤：建立无线传感器网络的至少一个备选充电节点集合；根据预期寿命均衡原则生成每个备选充电节点集合的目标网络拓扑，并计算目标网络拓扑的预期能耗；基于预期能耗建立协同收益函数，构建并求解线性规划问题生成每个备选充电节点集合对应的协同收益以及充电时长分配方案；选择协同收益最大的备选充电集合对应的目标网络拓扑以及充电时长分配方案以控制无人机进行移动数据采集。本发明基于预期寿命均衡策略设计移动数据采集方法，随后考虑充电效率及通信能耗建立以最大化协同收益为优化目标的线性规划问题，生成最优充电时长分配策略，兼顾充电效率及数据采集能效，显著提升了无人机工作效率。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种基于无人机的移动数据采集方法、装置和终端。

背景技术

物联网被广泛应用于各类大型系统以助其实现远程环境感知，其中由大量传感器构成的无线传感器网络主要应用于物联网环境数据采集。在诸如高压输电线路，电缆沟，变电站等很多应用场景中布线成本较高，难以为传感器提供有线稳定电源，并且传感器受体积限制其电池容量有限且通常不易更换。因此，如何提升网络能效并设计可靠的能量补充方案一直以来是该领域研究的关键问题。

根据供能侧和用能侧的研究重点，在移动载具的助益下，可充电式移动数据采集被广泛研究，其中数据收发器和无线充电设备被放置于同一移动载具上。由于同时考虑补能效率和数据采集能效，移动设备的路径规划影响因素更为多样，如何协同供能侧及用能侧合理规划路径成为可充电式移动数据采集的主要难点。通过对数据采集和能量补充的合理协同可自适应规划移动路径，同时保证能量补充效率和数据采集能效，显著提升网络生命周期，对以无人机为代表的移动工作平台效率优化大有裨益。

发明内容

本发明提供了一种基于无人机的移动数据采集方法、装置和终端，解决了现有无线传感器网络中能量补充效率和数据采集能效难以协同优化的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于无人机的移动数据采集方法，包括以下步骤：

步骤1，建立无线传感器网络的至少一个备选充电节点集合，每个备选充电节点集合包括至少一个待充电的无线传感器节点；

步骤2，构建每个备选充电节点集合分别对应的初始网络拓扑，并根据预期寿命均衡原则选择多跳中继方式和/或直接通信方式对当前网络拓扑进行更新，生成每个备选充电节点集合分别对应的目标网络拓扑，并计算所述目标网络拓扑的预期能耗；

步骤3，基于每个备选充电节点集合的预期能耗建立协同收益函数，构建线性规划问题并求解所述线性规划问题生成每个备选充电节点集合对应的协同收益以及充电时长分配方案；

步骤4，选择协同收益最大的备选充电节点集合作为目标充电节点集合，并根据所述目标充电节点集合对应的目标网络拓扑以及充电时长分配方案控制无人机运动以对所述无线传感器网络进行可充电式移动数据采集。

在一个优选实施方式中，步骤1中根据无线传感器网络中每个无线传感器节点的当前剩余能量以及无人机的性能参数建立至少一个备选充电节点集合为：

，

其中，包含了所有备选充电节点集合；为根据当前剩余能量由低到高的顺序对所有节点排列的序列，代表集合记录的前个无线传感器节点，为无人机从储能站出发，遍历备选充电节点集合中所有无线传感器节点，完成任务并返回所需要的最小移动时间；为无人机在每个悬停位置的最小悬停时间；为无人机每周期的最大工作时长；为所述无线传感器网络的节点数量。

在一个优选实施方式中，步骤2中构建每个备选充电节点集合分别对应的初始网络拓扑如下：

，