本發(fā)明涉及算法設(shè)計及仿真領(lǐng)域，特別涉及一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃方法與裝置。

背景技術(shù)：

無人機(jī)能夠高、低空飛行，以其靈活、便捷的特點(diǎn)可以完成噴灑農(nóng)藥、安全監(jiān)控等特定任務(wù)。在完成任務(wù)的飛行過程中，無人機(jī)會遇到高樓、高壓電線、安全禁飛等區(qū)域，此時，無人機(jī)需要繞過禁飛區(qū)域飛到待執(zhí)行任務(wù)的區(qū)域。此外，無人機(jī)在完成特定任務(wù)的飛行過程中，帶載能源有限，飛行的時間有限，因此，無人機(jī)需要在有限的時間內(nèi)完成特定的任務(wù)，這就需要在飛行前求解可行航線，選擇最優(yōu)的航線飛行；同時，當(dāng)飛行過程中遇到規(guī)劃外的禁飛區(qū)域時，可以實(shí)時求解可行航線并選擇最優(yōu)的航線來飛行。

現(xiàn)有技術(shù)中，求解無人機(jī)的可行航線的重要途徑是采用航路規(guī)劃算法，目前，航路規(guī)劃算法很多，常用的算法有基于圖論的幾何方法和智能規(guī)劃算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的基于圖論的幾何方法要求用來表示規(guī)劃空間或狀態(tài)空間的圖模型中，必須羅列出對應(yīng)空間所有可能的航線，否則該方法就可能丟失最優(yōu)解。此外，由于智能航路規(guī)劃算法解算過程通常比較耗時，使得無人機(jī)遇到規(guī)劃外的禁飛區(qū)域時，不能實(shí)時地求解出最優(yōu)的航線。

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃方法與裝置，既可以實(shí)現(xiàn)在無人機(jī)飛行前對規(guī)劃空間最優(yōu)航線的求解，還可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遇到規(guī)劃外的禁飛區(qū)域時，實(shí)時對最優(yōu)航線的求解，并且在求解最優(yōu)航線的過程中不丟失最優(yōu)解。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃方法，該方法應(yīng)用于無人機(jī)上，該方法包括：

將所述無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的禁飛區(qū)域中的交叉區(qū)域和密集小區(qū)域進(jìn)行分片，得到不同的分片禁飛區(qū)域；

將每個所述分片禁飛區(qū)域的外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域；

在所述圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)，所述可行航路點(diǎn)為所述直線可行路徑與所述圓形禁飛區(qū)域的交點(diǎn)；

根據(jù)所述直線可行路徑確定從所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的所有可行航線；

依據(jù)所述所有可行航線與所述可行航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

其中，所述依據(jù)所述所有可行航線與所述可行航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路，包括：

從所述所有可行航線中選擇路徑最短的航線為最優(yōu)航線；

根據(jù)所述可行航路點(diǎn)的屬性為入切點(diǎn)還是出切點(diǎn)，確定所述最優(yōu)航線中相鄰兩條所述直線可行路徑中相鄰的兩個所述可行航路點(diǎn)間的飛行模式，得到所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

其中，所述根據(jù)所述可行航路點(diǎn)的屬性為入切點(diǎn)還是出切點(diǎn)，確定所述最優(yōu)航線中相鄰兩條所述直線可行路徑中相鄰的兩個所述可行航路點(diǎn)間的飛行模式，包括：

若所述最優(yōu)航線中所述相鄰兩條直線可行路徑中所述相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由出切點(diǎn)到入切點(diǎn)，則采用直線飛行模式，所述出切點(diǎn)為根據(jù)所述可行航線的方向離開所述圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與所述圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)，所述入切點(diǎn)為根據(jù)所述可行航線的方向飛入所述圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與所述圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)；

若所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中所述相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由所述入切點(diǎn)到所述出切點(diǎn)，則采用弧線飛行模式。

其中，所述在所述圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)，包括：

獲取所述起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置；

針對所述當(dāng)前位置，執(zhí)行當(dāng)前直線可行路徑的尋找流程，所述尋找流程包括：

確定所述當(dāng)前位置與所述終點(diǎn)位置之間的當(dāng)前連接線；

判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

如果所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，則確定所述當(dāng)前連接線上距離所述當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，并確定所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與所述距離最近的圓形禁飛區(qū)域間，經(jīng)過所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若否，判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交；如果否，則確定所述當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑；

以所述當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置，執(zhí)行所述尋找流程，直至所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的所有直線可行路徑確定完畢。

其中，所述判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交，還包括：

如果相交，則將與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域和所述當(dāng)前公切線確定的路徑的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的在所述當(dāng)前公切線側(cè)的外公切線，作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟。

其中，針對所述當(dāng)前位置，執(zhí)行當(dāng)前直線可行路徑的尋找流程，所述尋找流程，還包括：

如果所述當(dāng)前連接線不經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，判斷所述當(dāng)前位置是否為所述終點(diǎn)位置，若是所述終點(diǎn)位置，則確定所述當(dāng)前連接線為所述當(dāng)前直線可行路徑；

若不是所述終點(diǎn)位置，則計算所述終點(diǎn)位置到所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若經(jīng)過，將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟；

若不經(jīng)過，則確定所述當(dāng)前連接線為當(dāng)前直線可行路徑。

本發(fā)明還提供了一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃裝置，該裝置集成在無人機(jī)上，其特征在于，該裝置包括：

獲取單元，用于將所述無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的禁飛區(qū)域中的交叉區(qū)域和密集小區(qū)域進(jìn)行分片，得到不同的分片禁飛區(qū)域；

第一確定單元，用于將每個所述分片禁飛區(qū)域的外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域；

計算單元，用于在所述圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)，所述可行航路點(diǎn)為所述直線可行路徑與所述圓形禁飛區(qū)域的交點(diǎn)；

第二確定單元，用于根據(jù)所述直線可行路徑確定從所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的所有可行航線；

第三確定單元，用于依據(jù)所述所有可行航線與所述可行航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

所述第三確定單元包括：

第一確定子單元，用于從所述所有可行航線中選擇路徑最短的航線為最優(yōu)航線。

第二確定子單元，用于根據(jù)所述可行航路點(diǎn)的屬性為入切點(diǎn)還是出切點(diǎn)，確定所述最優(yōu)航線中相鄰兩條所述直線可行路徑中相鄰的兩個所述可行航路點(diǎn)間的飛行模式，得到所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

其中，所述第二確定子單元，具體用于：

在所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由出切點(diǎn)到入切點(diǎn)的情況下，則確定采用直線飛行模式；或者，在所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由入切點(diǎn)到出切點(diǎn)，則采用弧線飛行模式，所述出切點(diǎn)為根據(jù)可行航線的方向離開圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)，所述入切點(diǎn)為根據(jù)可行航線的方向飛入圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)。

其中，所述計算單元包括：

獲取子單元，用于獲取所述起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置。

執(zhí)行子單元，用于針對所述當(dāng)前位置，確定所述當(dāng)前位置與所述終點(diǎn)位置之間的當(dāng)前連接線；

判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

如果所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，則確定所述當(dāng)前連接線上距離所述當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，并確定所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與所述距離最近的圓形禁飛區(qū)域間，經(jīng)過所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若否，判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交；如果否，則確定所述當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑。

觸發(fā)子單元，用于以所述當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置，尋找從當(dāng)前位置開始的直線可行路徑，直至所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的所有直線可行路徑確定完畢。

其中，所述執(zhí)行子單元，還用于：

如果所述當(dāng)前連接線不經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，判斷所述當(dāng)前位置是否為所述終點(diǎn)位置，若是所述終點(diǎn)位置，則確定所述當(dāng)前連接線為所述當(dāng)前直線可行路徑；

若不是所述終點(diǎn)位置，則計算所述終點(diǎn)位置到所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若經(jīng)過，將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟；

若不經(jīng)過，則確定所述當(dāng)前連接線為當(dāng)前直線可行路徑。

其中，所述判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交，還可以包括：

如果相交，則將與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域和所述當(dāng)前公切線確定的路徑的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的在所述當(dāng)前公切線側(cè)的外公切線，作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行前求解出最優(yōu)航線，以及在飛行過程中遇到規(guī)劃外的禁飛區(qū)域時可以實(shí)時求解出最優(yōu)航線，并且不丟失最優(yōu)解，本發(fā)明提出了基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃方法與裝置。本發(fā)明在求解最優(yōu)航線的過程中，將規(guī)劃空間中的禁飛區(qū)域分片整合成外切圓區(qū)域，并對外切圓區(qū)域采用公切線方法解算可行航線和航路點(diǎn)，簡化了求解最優(yōu)航線的思路，使其不容易丟失最優(yōu)航線，并且求解速度更快，同時，所選的最優(yōu)航線適合無人機(jī)的飛行模式并且是最短的航線，使得無人機(jī)實(shí)際飛行的時間縮短，克服了現(xiàn)有技術(shù)中基于圖論的幾何算法可能丟失最優(yōu)解以及智能航線規(guī)劃算法耗時的缺點(diǎn)，從而確保無人機(jī)在有限的時間內(nèi)完成特定的任務(wù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明中一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃方法的方法流程圖；

圖2(a)是本發(fā)明中依據(jù)交叉區(qū)域得到的圓形禁飛區(qū)域的示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明中依據(jù)密集小區(qū)域得到的圓形禁飛區(qū)域的示意圖；

圖3是本發(fā)明中求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑的方法流程圖；

圖4(a)是本發(fā)明中兩條直線路徑組成的存在繞飛路徑的示意圖；

圖4(b)是本發(fā)明中存在繞飛路徑時計算得到新路徑的示意圖；

圖5是本發(fā)明中對禁飛區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃得到圓形禁飛區(qū)域的方法流程圖；

圖6是本發(fā)明中尋找從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑的方法流程圖；

圖7是本發(fā)明中一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在無人機(jī)需要從起點(diǎn)位置飛到終點(diǎn)位置完成特定的任務(wù)的時候，無人機(jī)從起點(diǎn)位置飛到終點(diǎn)位置的飛行區(qū)域是三維空間區(qū)域，為了方便對無人機(jī)在三維空間的航路進(jìn)行規(guī)劃，通常將無人機(jī)可能經(jīng)過的空間進(jìn)行簡化，如將三維空間簡化為平面空間，將禁飛區(qū)域簡化為簡單的幾何形狀等。

本發(fā)明在規(guī)劃無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的航路時，將無人機(jī)可能經(jīng)過的三維空間區(qū)域簡化為平面區(qū)域，并按照三維空間中禁飛區(qū)域是否存在交叉情況以及禁飛區(qū)域的密集程度，對禁飛區(qū)域進(jìn)行分片得到分片禁飛區(qū)域，并將每個禁飛區(qū)域的外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域；然后，在圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的各直線可行路徑與可行航路點(diǎn)；最后，根據(jù)各直線可行路徑確定從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的可行航線，將可行航線中最短路徑的航線確定為最優(yōu)航線，根據(jù)最優(yōu)航線的可行航路點(diǎn)的屬性確定相鄰兩條直線可行路徑間的飛行模式，進(jìn)而得到從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的最優(yōu)航路。

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

圖1，是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種航路規(guī)劃方法的流程圖，該方法包括：

步驟S101：將所述無人機(jī)的、從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的禁飛區(qū)域中的交叉區(qū)域和密集小區(qū)域進(jìn)行分片，得到不同的分片禁飛區(qū)域。

一般情況下，無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的飛行區(qū)域是以北、東和天三個方向確定的三維區(qū)域，其中，起點(diǎn)位置為此三維坐標(biāo)系的原點(diǎn)。在此三維空間區(qū)域中有多個禁飛區(qū)域，為了方便求解無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的最優(yōu)航路，將此三維空間中的三維禁飛區(qū)域在北和東兩個方向確定的平面內(nèi)投影，得到平面禁飛區(qū)域，因此，就可以將求解無人機(jī)在三維空間的最優(yōu)航路問題簡化為：求解在北和東兩個方向確定的平面內(nèi)，平面禁飛區(qū)域間的最優(yōu)航路問題。為了方便表述，在下文中將出現(xiàn)的平面禁飛區(qū)域統(tǒng)稱為禁飛區(qū)域。

又因為在北和東兩個方向確定的平面內(nèi)，存在多個形狀和分布不規(guī)則的禁飛區(qū)域，所以為了方便求解此平面內(nèi)無人機(jī)的最優(yōu)航路，將各禁飛區(qū)域按照是否是交叉區(qū)域或密集小區(qū)域進(jìn)行分片，得到各分片禁飛區(qū)域。其中，交叉區(qū)域是指禁飛區(qū)域相交所形成的區(qū)域，每一個交叉區(qū)域為一個分片禁飛區(qū)域；密集小區(qū)域是相鄰的禁飛區(qū)域間的距離大于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑并且小于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑的2倍，每一個密集小區(qū)域也為一個分片禁飛區(qū)域；以及，將所有禁飛區(qū)域中除了交叉區(qū)域與密集小區(qū)域之外的每一個禁飛區(qū)域也確定為一個分片禁飛區(qū)域。

步驟S102：將每個分片禁飛區(qū)域的外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域。

為了方便求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間所有分片禁飛區(qū)域間的最優(yōu)航路，做每個分片禁飛區(qū)域的外切圓，將得到的每個外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域，以便在此圓形禁飛區(qū)域的基礎(chǔ)上，采用圓的內(nèi)外公切線的方法求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑與可行航路點(diǎn)。例如，針對交叉區(qū)域，可以做一個能包括每一個交叉的禁飛區(qū)域的最小外切圓作為圓形禁飛區(qū)域；針對密集小區(qū)域，則可以做一個包括密集小區(qū)域中的每一個禁飛區(qū)域的最小外切圓作為圓形禁飛區(qū)域，其他分片禁飛區(qū)域，則按照能包括該分片禁飛區(qū)域內(nèi)所有區(qū)域的最小外切圓作為圓形禁飛區(qū)域。具體可以參考圖2(a)和圖2(b)所示，其中，圖2(a)為依據(jù)交叉區(qū)域得到的圓形禁飛區(qū)域的示意圖，圖2(b)是依據(jù)密集小區(qū)域得到的圓形禁飛區(qū)域的示意圖。

步驟S103：在所述圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)，所述可行航路點(diǎn)為所述直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的交點(diǎn)。

本步驟S103在圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)。其中，所要求解的直線可行路徑為兩個圓形禁飛區(qū)域間的直線路徑且不經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的交點(diǎn)為可行航路點(diǎn)。

具體的，求解直線可行路徑與可行航路點(diǎn)的流程如圖3所示，其流程包括步驟S301～步驟S312：

步驟S301：獲取所述起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置。

首先，將無人機(jī)待起飛的起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置，找到從當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域出發(fā)的直線可行路徑。

步驟S302：針對所述當(dāng)前位置，確定所述當(dāng)前位置與所述終點(diǎn)位置之間的當(dāng)前連接線。

在確定了當(dāng)前位置后，連接當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置，將此連接當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置的直線確定為當(dāng)前連接線，進(jìn)入步驟S303。

步驟S303：判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，如果經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，則進(jìn)入步驟S304，如果不經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，則進(jìn)入步驟S309。

得到當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置間的當(dāng)前連接線后，根據(jù)此時的標(biāo)志位是否為1，若標(biāo)志位為1表示當(dāng)前連接線從當(dāng)前位置到終點(diǎn)位置經(jīng)過其他的圓形禁飛區(qū)域，則進(jìn)入步驟S304；若標(biāo)志位不為1表示當(dāng)前連接線從當(dāng)前位置到終點(diǎn)位置沒經(jīng)過其他的圓形禁飛區(qū)域，則進(jìn)入步驟S309。

需要說明的是，標(biāo)志位的數(shù)值用于表示當(dāng)前連接線是否穿過其他圓形禁飛區(qū)域，標(biāo)志位可以選取任何的數(shù)值來表示此時的當(dāng)前連接線是否穿過禁飛區(qū)域。

步驟S304：確定當(dāng)前連接線上距離所述當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，并確定所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與所述距離最近的圓形禁飛區(qū)域，經(jīng)過所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線，進(jìn)入步驟S305。

具體的，在得到當(dāng)前連接線后，首先，判斷此當(dāng)前連接線是否經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，若經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，需要找到在當(dāng)前連接線上，距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域；然后，獲取當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與距離最近的圓形禁飛區(qū)域間的公切線，該公切線共有四條，其中兩條為外公切線，另外兩條為內(nèi)公切線，在此四條公切線中，選取經(jīng)過當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的那一側(cè)的兩條公切線，從兩條公切線中分別選取一條公切線作為當(dāng)前公切線，執(zhí)行步驟S305。直到兩條公切線都分別作為當(dāng)前公切線，都執(zhí)行完步驟S305，此時尋找到從當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域出發(fā)，并且不存在繞飛路徑的直線可行路徑。

特殊的，當(dāng)起點(diǎn)位置為當(dāng)前位置時，當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的面積為零，在這種情況下，直接獲取當(dāng)前位置和與當(dāng)前位置距離最近的圓形禁飛區(qū)域的公切線，此時得到兩條公切線，將此兩條公切線作為當(dāng)前公切線，直到尋找到從當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域出發(fā)，并且不存在繞飛路徑的直線可行路徑。

步驟S305：判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，若經(jīng)過，則將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，進(jìn)入步驟S304，若不經(jīng)過，則進(jìn)入步驟S306。

判斷此時的標(biāo)志位是否為1，若為1，表示當(dāng)前公切線經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，以所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，并執(zhí)行步驟S304，若不為1，表示當(dāng)前公切線不經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，執(zhí)行步驟S306。

具體的，將當(dāng)前的公切線作為當(dāng)前連接線按照步驟S304，繼續(xù)尋找距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，確定當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與距離最近的圓形禁飛區(qū)域間的公切線，并選取在當(dāng)前位置側(cè)的兩條公切線，將其中一條公切線作為當(dāng)前公切線，接著執(zhí)行步驟S305，以此循環(huán)，直到當(dāng)前公切線不經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，進(jìn)入步驟S306。

步驟S306：判斷與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與當(dāng)前公切線確定的路徑相交；如果是，則進(jìn)入步驟S307，如果否，則進(jìn)入步驟S311。

本步驟的目的是為了判斷，當(dāng)前公切線和與當(dāng)前公切線相鄰直線可行路徑間是否存在繞飛路徑。圖4(a)為兩條直線路徑交叉部分組成的繞飛路徑示意圖，圖4(b)為存在繞飛路徑時本發(fā)明計算得到的新路徑。

具體的，在圖4(a)中，圓01、圓02與圓03分別表示三個圓形禁飛區(qū)域，分別做圓01與圓02之間的公切線p1p2，以及，圓02與圓03之間的公切線p3p4，則公切線p1p2與圓01之間的交點(diǎn)p1為可行航路點(diǎn)，公切線p1p2與圓02之間的交點(diǎn)p2也為可行航路點(diǎn)，p1p2為圓形禁飛區(qū)域01與圓形禁飛區(qū)域02間的直線可行路徑。同理，p3、p4為可行航路點(diǎn)，p3p4表示圓形禁飛區(qū)域02與圓形禁飛區(qū)域03間的直線可行路徑。從圖4(a)可以看出，直線可行路徑p1p2與直線可行路徑p3p4相交于一點(diǎn)，如果無人機(jī)從圓形禁飛區(qū)域01飛到圓形禁飛區(qū)域02，再飛到圓形禁飛區(qū)域03，那么飛行路徑為：首先沿直線可行路徑p1p2飛行，飛到p1p2與p3p4的交點(diǎn)后接著飛到可行航路點(diǎn)p2，緊接著繞圓形禁飛區(qū)域02飛一圈飛到可行航路點(diǎn)p3；然后，從可行航路點(diǎn)p3飛到p1p2與p3p4的交點(diǎn)；最后，從交點(diǎn)飛到可行航路點(diǎn)p4。那么由可行航路點(diǎn)p1飛到可行航路點(diǎn)p4的過程中，從p1p2與p3p4的交點(diǎn)飛到可行航路點(diǎn)p2，接著繞圓形禁飛區(qū)域02飛一圈飛到可行航路點(diǎn)p3，再從可行航路點(diǎn)p3飛到p1p2與p3p4的交點(diǎn)的路徑就是繞飛路徑。

在算法中，對于判斷p3p4和與p1p2間是否存在繞飛路徑，采用的是線段p3p4與線段p1p2是否相交，如果相交，則點(diǎn)p1到點(diǎn)p4的路徑存在繞飛路徑，如果不相交，則點(diǎn)p1到點(diǎn)p4的路徑不存在繞飛路徑。

步驟S307：將與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域，和，所述當(dāng)前公切線確定的路徑的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的，在所述當(dāng)前公切線側(cè)的外公切線，作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行步驟S303。

此步驟是存在繞飛路徑下執(zhí)行的動作，如果當(dāng)前公切線與其相鄰的直線可行路徑間存在繞飛路徑時，需要刪除當(dāng)前公切線，重新計算新的路徑，新路徑的計算方法為：首先，確定與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域，和當(dāng)前公切線的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域；然后，做與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在圓形禁飛區(qū)域，與當(dāng)前公切線的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的外公切線，此時，得到的外公切線有兩條，將兩條公切線中在當(dāng)前公切線一側(cè)的那條公切線確定為當(dāng)前連接線，進(jìn)入步驟S303。

具體的，針對圖4(a)所示的可行航路點(diǎn)p1到可行航路點(diǎn)p4間的繞飛路徑，本步驟計算新路徑的方法為：刪除路徑p3p4，做圓形禁飛區(qū)域01與圓形禁飛區(qū)域03間的外公切線，此時，得到兩條外公切線，將通過線段p1p2與線段p3p4所在側(cè)的外公切線作為當(dāng)前連接直線，外公切線的起點(diǎn)作為當(dāng)前位置，進(jìn)入步驟S303，采用本步驟計算新路徑的方法得到的新路徑如圖4(b)所示。

步驟S308：判斷當(dāng)前位置是否為所述終點(diǎn)位置，若是終點(diǎn)位置，則進(jìn)入步驟S312，若不是終點(diǎn)位置，則進(jìn)入步驟S309。

本步驟是步驟S303的判斷結(jié)果為所述當(dāng)前連接線不經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域時，繼續(xù)判斷當(dāng)前位置是否為終點(diǎn)位置，若是，則進(jìn)入步驟S312，若不是，則進(jìn)入步驟S309。

步驟S309：計算所述終點(diǎn)位置到當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線，進(jìn)入步驟S310。

此步驟是在當(dāng)前位置與終點(diǎn)的當(dāng)前連接線不經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域時，并且當(dāng)前位置不是終點(diǎn)位置時，此時，從終點(diǎn)位置向當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域做公切線，由于終點(diǎn)位置為一個點(diǎn)，因此，當(dāng)前公切線有兩條，從這兩條公切線中選取經(jīng)過當(dāng)前位置在圓形禁飛區(qū)域的一側(cè)的公切線，作為當(dāng)前公切線，接著進(jìn)入步驟S310。

步驟S310：判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，若經(jīng)過，將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，則進(jìn)入步驟S304，若不經(jīng)過，則進(jìn)入步驟S311。

步驟S311：確定所述當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑，進(jìn)入步驟S312。

此步驟是當(dāng)前公切線和與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑間不存在繞飛路徑時，此時求解到的當(dāng)前公切線為直線可行路徑，接著進(jìn)入步驟S312，以直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置繼續(xù)求解直線可行路徑。

步驟S312：以直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置繼續(xù)求解直線可行路徑，直到所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的所有直線可行路徑確定完畢。

在本步驟中，當(dāng)步驟S303判斷得到的當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置的當(dāng)前連接線不經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域，并且當(dāng)前位置是終點(diǎn)位置時；或者，在步驟S311中，確定所述當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑時，執(zhí)行本步驟，即按照步驟S302～步驟S311來尋找直線可行路徑，直到，當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為本發(fā)明實(shí)施例所確定的終點(diǎn)位置，此時，表示從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的所有直線可行路徑都尋找完畢。

在介紹完步驟S103求解到起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置之間的所有直線可行路徑之后，接著返回圖1，進(jìn)入步驟S104。

步驟S104：根據(jù)所述直線可行路徑確定從所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的所有可行航線。

在求解得到起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑后，從起點(diǎn)位置開始沿著直線可行路徑到達(dá)終點(diǎn)位置時，存在多條從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的可行航線?？尚泻骄€的確定方法為：從起點(diǎn)位置開始，沿著直線可行路徑一直到終點(diǎn)位置，此過程順序經(jīng)過的直線可行路徑組成一條可行航線。按照上述尋找可行航線的方法，依次找到從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間所有的可行航線。

步驟S105：依據(jù)所述所有可行航線與所述可行航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

在上述得到的起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有可行航線后，將所有可行航線中直線可行路徑最短的航線確定為最優(yōu)航線。此時最優(yōu)航線包括了從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置選取的若干條直線可行路徑，以及無人機(jī)按照這些直線可行路徑飛行的先后順序。

接著，根據(jù)此最優(yōu)航線以及最優(yōu)航線上的各個可行航路點(diǎn)的屬性，來確定無人機(jī)沿著此條最優(yōu)航線的飛行模式，進(jìn)而得到最優(yōu)路徑。

具體的，若所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由出切點(diǎn)到入切點(diǎn)，則從出切點(diǎn)沿著直線飛行到入切點(diǎn)，所述出切點(diǎn)為根據(jù)最優(yōu)航線的方向離開圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)，所述入切點(diǎn)為根據(jù)最優(yōu)航線的方向飛入圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域切點(diǎn)。

若所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由入切點(diǎn)到出切點(diǎn)，則沿著出切點(diǎn)與入切點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域上由入切點(diǎn)到出切點(diǎn)的弧線進(jìn)行飛行。

本發(fā)明實(shí)施例，首先，將三維空間中的三維禁飛區(qū)域轉(zhuǎn)化為二維平面內(nèi)的禁飛區(qū)域；其次，對二維平面區(qū)域內(nèi)禁飛區(qū)域進(jìn)行分片，其中，將存在交叉的禁飛區(qū)域作為一個分片禁飛區(qū)域，相鄰的兩個禁飛區(qū)域間距離滿足，大于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑并且小于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑的2倍的禁飛區(qū)域作為一個分片區(qū)域，將即不屬于交叉類型同時不滿足與相鄰的禁飛區(qū)域間的距離大于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑并且小于無人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑的2倍的禁飛區(qū)域作為一個分片禁飛區(qū)域；再次，對于每個分片禁飛區(qū)域，都做包含此分片禁飛區(qū)域所有區(qū)域的最小外切圓作為此分片禁飛區(qū)域的圓形禁飛區(qū)域，并且采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有圓形禁飛區(qū)域間的直線可行路徑；最后，從所有的直線可行路徑中確定起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有可行航線，進(jìn)而確定最優(yōu)航線以及最優(yōu)航路。

本發(fā)明實(shí)施例采用圓的內(nèi)外公切線的方法求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行航路點(diǎn)，然后確定可行航線，最后確定最優(yōu)航線以及最優(yōu)航路，這種采用漸進(jìn)的方法確定最優(yōu)航路，克服了現(xiàn)有基于圖論的方法，需要羅列出起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間所有的可行航路來確定最優(yōu)航路，進(jìn)而容易丟失最優(yōu)航路的缺點(diǎn)。同時，克服了現(xiàn)有的智能算法比較耗時，進(jìn)而不利于在線解算和工程應(yīng)用的缺點(diǎn)。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例對本發(fā)明提出的航路規(guī)劃方法實(shí)施過程進(jìn)行了更詳細(xì)的描述，主要包括對禁飛區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃得到圓形禁飛區(qū)域的過程，和，基于確定的圓形禁飛區(qū)域?qū)ふ覐钠瘘c(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的所有直線可行路徑。

具體的，圖5，是對禁飛區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃得到圓形禁飛區(qū)域的方法流程圖。該方法可以包括：

步驟S501：將無人機(jī)在空間內(nèi)可能遇到的三維禁飛區(qū)域簡化為二維的平面禁飛區(qū)域，此平面禁飛區(qū)域在下面統(tǒng)稱為禁飛區(qū)域。

步驟S502：將禁飛區(qū)域中的交叉區(qū)域和密集小區(qū)域進(jìn)行分片得到不同的分片禁飛區(qū)域。

上述步驟S501～步驟S502與實(shí)施例1中的步驟S101對應(yīng)，對于步驟S501～步驟S502的具體實(shí)施步驟參考實(shí)施例1的步驟S101，這里不再贅述。

步驟S503：做每個分片禁飛區(qū)域的外切圓，將外切圓確定的區(qū)域作為此分片禁飛區(qū)域?qū)?yīng)的圓形禁飛區(qū)域。

由于步驟S502得到的不同分片禁飛區(qū)域的大小與形狀不規(guī)則，對求解不同分片禁飛區(qū)域間的各直線可行路徑帶來了困難，為了快速地求解從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間所有分片禁飛區(qū)域間的各直線可行路徑，對每個分片禁飛區(qū)域做外切圓，將外切圓確定的區(qū)域作為圓形禁飛區(qū)域，在得到的圓形禁飛區(qū)域的基礎(chǔ)上，采用圓的內(nèi)外公切線的方法求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑，此時，求解各分片禁飛區(qū)域間的直線可行路徑的過程就會變得簡單。

步驟S503與實(shí)施例1中的步驟S102對應(yīng)。

本發(fā)明實(shí)施采用圓的內(nèi)外切公切線的方法求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑，求解起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑與可行航路點(diǎn)的過程，是一個循環(huán)的過程。首先，從起點(diǎn)位置開始，尋找從起點(diǎn)位置出發(fā)的所有當(dāng)前直線可行路徑，這是第一次循環(huán)；其次，分別以第一次循環(huán)得到的每條當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)作為當(dāng)前位置，從當(dāng)前位置出發(fā)，求解第一次循環(huán)得到的所有當(dāng)前直線可行路徑對應(yīng)的下一條直線可行路徑作為此次循環(huán)得到的所有當(dāng)前直線可行路徑；再次，分別以所有當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置，尋找從當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域出發(fā)的直線可行路徑，以此循環(huán)，直到得到的所有當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為無人機(jī)需要完成任務(wù)的終點(diǎn)位置，此時，表示從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的所有直線可行路徑尋找完畢。

接著，基于劃分出的圓形禁飛區(qū)域?qū)ふ覐钠瘘c(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑的方法流程如圖6所示，該方法可以包括：

步驟S601：初始化起點(diǎn)位置、終點(diǎn)位置、當(dāng)前位置、標(biāo)志位、路徑存儲器，直線可行路徑計數(shù)器，圓形禁飛區(qū)域計數(shù)器。

本步驟初始化的變量包括：起點(diǎn)位置、終點(diǎn)位置、當(dāng)前位置、標(biāo)志位、路徑存儲器，直線可行路徑計數(shù)器，圓形禁飛區(qū)域計數(shù)器；其中，起點(diǎn)位置是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時的出發(fā)位置，終點(diǎn)位置是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的位置；標(biāo)志位用于表示兩個圓形禁飛區(qū)域間的公切線是否與其他圓形禁飛區(qū)域相交，若標(biāo)志位為1表示所述公切線與其他圓形禁飛區(qū)域相交，若不為1，表示所述公切線與其他圓形禁飛區(qū)域不相交，路徑存儲器包括直線可行路徑存儲器、當(dāng)前直線可行路徑存儲器與不可行路徑存儲器，直線可行路徑存儲器用來存儲直線可行路徑，當(dāng)前直線可行路徑存儲器存儲在一次循環(huán)過程中得到的所有直線可行路徑，不可行路徑存儲器用于存儲不可行路徑；直線可行路徑計數(shù)器用于顯示當(dāng)前直線可行路徑存儲器所保存的當(dāng)前直線可行路徑中已被求解下一步直線可行路徑的，當(dāng)前直線可行路徑的數(shù)目；圓形禁飛區(qū)域計數(shù)器自動顯示到當(dāng)前位置為止，已被求解直線可行路徑的圓形禁飛區(qū)域的數(shù)目。

在初始時刻，標(biāo)志位不為1、當(dāng)前直線路徑存儲器數(shù)目為0，直線可行路徑計數(shù)器顯示值為0，圓形禁飛區(qū)域計數(shù)器顯示值為0。

步驟S602：讀取起點(diǎn)位置與終點(diǎn)位置，將起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置。

獲取無人機(jī)待起飛的位置，并將此待起飛的起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置。同時獲取無人機(jī)需要執(zhí)行任務(wù)的位置，將起點(diǎn)位置與終點(diǎn)位置作為航路規(guī)劃算法的初始量。

步驟S603：做當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置間的當(dāng)前連接線。

在本步驟中，做當(dāng)前位置到終點(diǎn)位置間的連接線，將此連接線作為當(dāng)前連接線，對于當(dāng)前連接線是否經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，通過標(biāo)志位來體現(xiàn)，如果標(biāo)志位為1，則表示當(dāng)前連接線經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，如果標(biāo)志位不為1，則表示當(dāng)前連接線不經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域。

步驟S604：判斷此時標(biāo)志位是否為1，若不是1，則執(zhí)行步驟S605，若是1，則執(zhí)行步驟S607。

標(biāo)志位用于顯示當(dāng)前連接線是否經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，若經(jīng)過，標(biāo)志位為1，若不經(jīng)過，標(biāo)志位不是1。

需要說明的是，若當(dāng)前連接線經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域時，標(biāo)志位可以為其他值，只要標(biāo)志位的數(shù)值可以反映當(dāng)前連接線是否經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域就可以。

本步驟是判斷當(dāng)前連接線是否穿過了當(dāng)前位置到終點(diǎn)位置間的圓形禁飛區(qū)域，如果標(biāo)志位為1，說明當(dāng)前連接線所確定的路徑是不可行的，因此，保存此不可行路徑，需要重新尋找從當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域出發(fā)的直線可行路徑。

步驟S605：判斷當(dāng)前位置是否為終點(diǎn)位置，若是，確定當(dāng)前連接線為當(dāng)前公切線，轉(zhuǎn)入步驟S612，若否，則執(zhí)行，步驟S606。

此步驟是在步驟S604確定的當(dāng)前位置與終點(diǎn)位置間的當(dāng)前連接線不經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域時，執(zhí)行的動作。

步驟S606：計算所述終點(diǎn)位置到當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的當(dāng)前公切線，將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行步驟S604。

在此步驟中，首先，從終點(diǎn)位置向當(dāng)前位置所在的圓形禁飛區(qū)域做公切線，由于終點(diǎn)位置為一個點(diǎn)，因此，此時的公切線有兩條；然后，從此兩條公切線中選取經(jīng)過當(dāng)前位置側(cè)的公切線作為當(dāng)前公切線，并將當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，進(jìn)入步驟S604，繼續(xù)執(zhí)行。

步驟S607：找到在當(dāng)前連接線經(jīng)過的圓形禁飛區(qū)域中，距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，并計算當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域間的公切線，確定所述公切線中經(jīng)過當(dāng)前位置側(cè)的公切線為當(dāng)前公切線，進(jìn)入步驟S608。

具體的，首先，需要找到在當(dāng)前連接線穿過的圓形禁飛區(qū)域中，確定與當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域；然后，計算當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域間的公切線。

若當(dāng)前位置不是起點(diǎn)位置時，此公切線有四條，選取經(jīng)過圓形禁飛區(qū)域當(dāng)前位置側(cè)的兩條公切線，作為當(dāng)前公切線；若當(dāng)前位置為起點(diǎn)位置時，則計算當(dāng)前位置到距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域的公切線，此時，所述公切線為當(dāng)前公切線。

步驟S608：判斷當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，若為1，則執(zhí)行步驟S609，若不為1，則執(zhí)行步驟S610。

本步驟中的當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，表示的是步驟S607中得到的當(dāng)前公切線是否經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，若標(biāo)志位為1，表示當(dāng)前公切線經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，則執(zhí)行步驟S609；若標(biāo)志位不為1，表示當(dāng)前公切線不經(jīng)過其他圓形禁飛區(qū)域，則執(zhí)行步驟S610。

步驟S609：將當(dāng)前公切線存儲在不可行路徑存儲器中，將當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，并轉(zhuǎn)入步驟S607。

轉(zhuǎn)入步驟S607后，繼續(xù)計算當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與距離當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域間的公切線，確定所述公切線中經(jīng)過當(dāng)前位置側(cè)的公切線為當(dāng)前公切線，接著執(zhí)行步驟S608，依次循環(huán)，直到步驟S608判斷出標(biāo)志位不為1時，跳出此步驟，進(jìn)入步驟S610。

步驟S610：判斷與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與當(dāng)前公切線確定的路徑相交，若是，進(jìn)入步驟S611，若不是，進(jìn)入步驟S612。

此步驟就是判斷當(dāng)前公切線和與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑，是否存在繞飛路徑，具體繞飛路徑的細(xì)節(jié)在實(shí)施例1中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，這里不再贅述。

步驟S611：將與當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域，和，所述當(dāng)前公切線確定的路徑的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的在所述當(dāng)前公切線側(cè)的外公切線，作為當(dāng)前連接線，轉(zhuǎn)向步驟S604繼續(xù)執(zhí)行，以此循環(huán)，直到步驟S610的判斷結(jié)果為否，進(jìn)入步驟S612。

步驟S612：確定當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑，將當(dāng)前直線可行路徑保存在當(dāng)前直線可行路徑存儲器中，當(dāng)前直線可行路徑存儲器的數(shù)目加上此時直線可行路徑的數(shù)目，并且可行航路點(diǎn)數(shù)目加上此時當(dāng)前直線可行路徑條數(shù)的2倍，接著進(jìn)入步驟S613。

步驟S613：判斷此時直線可行路徑計數(shù)器的數(shù)目加1是否大于直線可行路徑數(shù)值，若不大于，則進(jìn)入步驟S614，若大于，則進(jìn)入步驟S615。

在此步驟中，直線可行路徑數(shù)值是指在上一次循環(huán)過程中得到的所有當(dāng)前直線可行路徑的數(shù)目。直線可行路徑計數(shù)器表示的是，在本次循環(huán)過程中，已對上次循環(huán)得到的所有當(dāng)前直線可行路徑求解到下一條直線可行路徑的當(dāng)前直線可行路徑的數(shù)目。如果直線可行路徑計數(shù)器的數(shù)目加1大于直線可行路徑的數(shù)目，表示在上一步的循環(huán)中得到的所有當(dāng)前直線可行路徑都已被求解到下一步的直線可行路徑；如果不大于，表示上一次循環(huán)中得到的所有當(dāng)前直線可行路徑中還存在未被求解下一條直線可行路徑的當(dāng)前直線可行路徑。

步驟S614：獲取可行路徑存儲器中未被求解下一步直線可行路徑的當(dāng)前直線可行路徑，并將所述獲取的直線可行路徑的終點(diǎn)作為當(dāng)前位置，直線可行路徑計數(shù)器加1，執(zhí)行步驟S603。

步驟S615：直線可行路徑計數(shù)器清零，直線可行路徑數(shù)值為當(dāng)前直線可行路徑存儲器的數(shù)目，并將當(dāng)前直線可行路徑存儲器中的直線可行路徑保存在可行路徑存儲器中，當(dāng)前直線可行路徑存儲器清零。

本步驟中，直線可行路徑存儲器用于存儲在每次循環(huán)過程中得到的當(dāng)前直線可行路徑對應(yīng)的下一步直線可行路徑。

步驟S616：判斷圓形禁飛區(qū)域計數(shù)器的數(shù)目是否小于圓形禁飛區(qū)域的個數(shù)，若小于，則執(zhí)行步驟S613，若不小于，則執(zhí)行步驟S617。

步驟S617：結(jié)束流程。

本步驟表示，起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有圓形禁飛區(qū)域間的直線可行路徑與可行航路點(diǎn)確定完畢。

通過上述步驟S601～步驟S617尋找到從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的所有直線可行路徑，并且此直線可行路徑保存在直線可行路徑存儲器中。根據(jù)此直線可行路徑存儲器中存儲的直線可行路徑，從起點(diǎn)位置尋找到終點(diǎn)位置的所有可行航線的方法為：首先，從起點(diǎn)位置開始，尋找直線可行存儲器中所保存的起點(diǎn)位置開始的所有直線可行路徑；然后，以此時的所有直線可行路徑的終點(diǎn)開始尋找，以此終點(diǎn)為起點(diǎn)的直線可行路徑，并按照上述步驟，直到尋找到所有直線可行路徑的終點(diǎn)為終點(diǎn)位置；最后，從起點(diǎn)位置沿著上述尋找到的直線可行路徑直到終點(diǎn)位置，此時，每一條從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置的航線都是一條可行航線。

依據(jù)所述所有可行航線與所述航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路的過程與實(shí)施例中的步驟S105相同，這里不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明的航路規(guī)劃方法的具體實(shí)施步驟，可將此步驟置于無人機(jī)內(nèi)，當(dāng)無人機(jī)在飛行的過程中遇到未被規(guī)劃的禁飛區(qū)域時，無人機(jī)上的傳感器采集到無人機(jī)的當(dāng)前位置，按照本發(fā)明實(shí)施例的方法，在有限的時間內(nèi)尋找到從當(dāng)前位置到終點(diǎn)位置的最優(yōu)航路，以便在規(guī)定的時間內(nèi)，完成特定的任務(wù)。

實(shí)施例3

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種基于禁飛區(qū)約束的航路規(guī)劃裝置，該裝置集成在無人機(jī)上，用于無人機(jī)對起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的航路進(jìn)行規(guī)劃，請參見圖7，該裝置可以包括：

獲取單元701，用于將所述無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的禁飛區(qū)域中的交叉區(qū)域和密集小區(qū)域進(jìn)行分片，得到不同的分片禁飛區(qū)域。

第一確定單元702，用于將每個所述分片禁飛區(qū)域的外切圓包含的區(qū)域確定為圓形禁飛區(qū)域。

計算單元703，用于在所述圓形禁飛區(qū)域間采用圓的內(nèi)外公切線的方法，求解所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的各直線可行路徑和可行航路點(diǎn)，所述可行航路點(diǎn)為所述直線可行路徑與所述圓形禁飛區(qū)域的交點(diǎn)。

第二確定單元704，用于根據(jù)所述直線可行路徑確定從所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置間的所有可行航線。

第三確定單元705，用于依據(jù)所述所有可行航線與所述可行航路點(diǎn)規(guī)劃所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述第三確定單元可以包括：第一確定子單元與第二確定子單元。其中，

第一確定子單元，用于從所述所有可行航線中選擇路徑最短的航線為最優(yōu)航線。

第二確定子單元，用于根據(jù)所述可行航路點(diǎn)的屬性為入切點(diǎn)還是出切點(diǎn)，確定所述最優(yōu)航線中相鄰兩條所述直線可行路徑中相鄰的兩個所述可行航路點(diǎn)間的飛行模式，得到所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的最優(yōu)航路。

具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述第二確定子單元具體用于：

在所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由出切點(diǎn)到入切點(diǎn)的情況下，則確定采用直線飛行模式；或者，在所述最優(yōu)航線中相鄰兩條直線可行路徑中相鄰的兩個可行航路點(diǎn)是由入切點(diǎn)到出切點(diǎn)，則采用弧線飛行模式，所述出切點(diǎn)為根據(jù)可行航線的方向離開圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)，所述入切點(diǎn)為根據(jù)可行航線的方向飛入圓形禁飛區(qū)域的直線可行路徑與圓形禁飛區(qū)域的切點(diǎn)。

具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述計算單元可以包括：獲取子單元、執(zhí)行子單元和觸發(fā)子單元。其中，

獲取子單元，用于獲取所述起點(diǎn)位置作為當(dāng)前位置。

執(zhí)行子單元，用于針對所述當(dāng)前位置，確定所述當(dāng)前位置與所述終點(diǎn)位置之間的當(dāng)前連接線；

判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

如果所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，則確定所述當(dāng)前連接線上距離所述當(dāng)前位置最近的圓形禁飛區(qū)域，并確定所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域與所述距離最近的圓形禁飛區(qū)域間，經(jīng)過所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若否，判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交；如果否，則確定所述當(dāng)前公切線為當(dāng)前直線可行路徑。

觸發(fā)子單元，用于以所述當(dāng)前直線可行路徑的終點(diǎn)為當(dāng)前位置，尋找從當(dāng)前位置開始的直線可行路徑，直至所述起點(diǎn)位置到所述終點(diǎn)位置之間的所有直線可行路徑確定完畢。

在本發(fā)明裝置實(shí)施例中，執(zhí)行子單元，還可以用于：

如果所述當(dāng)前連接線不經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域，判斷所述當(dāng)前位置是否為所述終點(diǎn)位置，若是所述終點(diǎn)位置，則確定所述當(dāng)前連接線為所述當(dāng)前直線可行路徑；

若不是所述終點(diǎn)位置，則計算所述終點(diǎn)位置到所述當(dāng)前位置所在圓形禁飛區(qū)域的所述當(dāng)前位置側(cè)的當(dāng)前公切線；

判斷所述當(dāng)前公切線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域；

若經(jīng)過，將所述當(dāng)前公切線作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行所述當(dāng)前連接線經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟；

若不經(jīng)過，則確定所述當(dāng)前連接線為當(dāng)前直線可行路徑。

判斷與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑是否與所述當(dāng)前公切線確定的路徑相交，還可以包括：

如果相交，則將與所述當(dāng)前公切線相鄰的直線可行路徑的起點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域和所述當(dāng)前公切線確定的路徑的終點(diǎn)所在的圓形禁飛區(qū)域間的在所述當(dāng)前公切線側(cè)的外公切線，作為當(dāng)前連接線，執(zhí)行判斷所述當(dāng)前連接線是否經(jīng)過所述圓形禁飛區(qū)域的步驟。

在本發(fā)明裝置實(shí)施例中，無人機(jī)首先通過獲取單元，獲得從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置之間的分片禁飛區(qū)域；然后，通過第一確定單元，確定各個分片禁飛區(qū)域的外切圓作為圓形禁飛區(qū)域，以便后續(xù)采用計算單元，采用圓的內(nèi)外公切線的方法求解從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有直線可行路徑與可行航路點(diǎn)；最后，通過第二確定單元與第三確定單元，確定起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的所有可行航線，將所有可行航線中路徑最短的一條航線確定為最優(yōu)航線，依據(jù)此最優(yōu)航線與此最優(yōu)航線中的可行航路點(diǎn)屬性，確定無人機(jī)從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置間的最優(yōu)航路。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實(shí)體或者操作與另一個實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。