Mathematical Problems in Engineering：基于虚拟现实技术的无人机地震灾害多路径优化技术研究

中国是一个地震灾害频繁的国家，地震灾害发生后，快速获取受灾区域的影像信息是灾后监测和救援的关键。近年来，无人机被广泛地应用于灾后救援，执行救援任务。在不确定环境中，无人机规划高效合理的救援路径十分重要，不仅有助于减少飞行时间，增加无人机利用率，而且可以提高救援效率。无人机的路径规划是多架无人机协同控制的核心，随着无人机的日益普及，对无人机的总体控制提出了挑战，使单架无人机甚至多架无人机协同路径规划成为近年来研究的热点。三维飞行空间中飞机间通信的复杂性和多自由度导航使得多无人机合作更具挑战性。根据国内外的研究成果，本文采用多目标跟踪算法、蚁群算法和混合粒子群优化算法作为研究方法。通过比较几种算法的优缺点，建立了路径优化的研究模型，并建立了一种基于虚拟现实技术的多目标检测方法。对现有多目标跟踪算法、蚁群算法和混合粒子群优化算法进行分析和改进，研究了基于虚拟现实技术的无人机地震后路径优化问题。研究结果表明，与以往的研究模型相比，无人机路线的总体优化效率提高了15%，更为实用。

路径规划是多架无人机编队飞行的关键技术之一，主要包括编队装配路线方案、编队维护路线方案、编队重建 路线方案。其中，编队装配路径规划是多架无人机编队生成的过程。我的目的是让一组无人机从不同的起点出发，同时到达指定的编队装配区的相应位置，以达到所需的编队。编队维护路径规划是规划最优参考路径，能够安全到达特定编队中无人机编队飞行的目标目的地；编队重构计划是为每架无人机规划一组最优路径，使每架无人机能够快速从当前编队转移到新编队。在规划过程中考虑的主要约束是安全、飞行能力和其他约束：路径安全意味着规划的路径可以避免飞行区域和环境中的障碍威胁，并且会使飞机之间没有碰撞。全局路径规划是在自主路径规划系统中实现避免碰撞的第一步，也是后续路径规划 (如局部路径规划和再导航) 的基础。根据一些学者的研究结果和全局路径规划的一般步骤，实现了无人机的全局路径规划：首先建立无人机自主导航环境模型，然后采用Dijkstra算法进行初始路径规划，最后采用混合粒子群优化算法优化初始路径，找到全局最短路径。

在地震、滑坡等灾害应急响应中，无人机图像采集为救援和灾害评估提供了科学合理的决策依据。无人路径规划的效率和效果直接影响着整个应急过程。自主最优路径规划是无人机 的主要功能之一，它反映了无人机的智能水平。它主要包括整体路径规划和局部路径规划。其中，总体路径规划是无人机正常驾驶、安全驾驶的基本保证，也是局部路径规 划的基础，对无人机最优路径规划的研究具有一定的指导价值。然而，目前国内外的全球最优路径规划算法大多容易陷入局部最优解，收敛速度慢，大多只考虑最短路径的单一目标，导致弯道过大，距离太近，障碍物与无人机的 实际导航不一致。

为了解决这些问题，本文根据国内外的研究成果以多目标跟踪算法、蚁群算法和混合粒子群优化算法作为研究方法；基于虚拟现实技术，通过对比分析几种算法的优缺点，建立了基于虚拟现实技术的多架无人机路径优化方法的研究模型。研究了基于虚拟现实技术的无人机地震后路径优化方法。结果表明，基于虚拟现实技术的混合粒子群优化算法是无人机全局路径规划的必要条件。本文分析了基于虚拟现实技术的基本粒子群优化算法和混合粒子群优化算法。相关成果在地震应急实践中可获得应用，成果发表于“Mathematical Problems in Engineering”，受安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站联合开放基金项目( MENGO-202114 )资助。

【相关文献列表】

[1] Yi Wang, etal. Virtual Reality Technology of Multi UAV Earthquake Disaster Path Optimization[J].

Mathematical Problems in Engineering,2021,2021(Pt.11):5525560.1-5525560.9 DOI: 10.1155/2021/5525560

[2] Yi Wang, etal. Design and Implementation of Earthquake Information Publishing System Based on Mobile Computing and Machine Learning Technology in GIS[J]. Journal of interconnection networks,2022,22(3):2145018.1-2145018.18. DOI: 10.1142/S0219265921450183

文献链接：

https://www.hindawi.com/journals/mpe/2021/5525560/