摘要
随着无人机技术的日益成熟，利用无人机进行区域覆盖航拍并获取任务区域全景底图具有重要的现实意义和广泛的应用前景。对于大面积区域，采用单无人机多架次执行区域覆盖任务耗时长，效率低。因此，本文研究如何利用多无人机共同完成区域覆盖任务，并搭建多无人机区域覆盖系统，实现算法的实际应用。本文主要研究工作如下： 首先，针对四旋翼无人机的结构特点与飞行原理，提出一种基于栅格法的多无人机区域覆盖环境建模算法，并建立多无人机区域覆盖任务分配约束条件。在此基础上，采用DARP算法进行多无人机区域覆盖任务分配，并对其进行改进，以适用于多无人机续航性能参数存在差异条件下的区域覆盖任务分配。仿真实验结果表明，本文提出的基于改进DARP算法的任务分配算法在无人机数量、无人机初始位置、任务区域形状和大小以及无人机续航性能参数不同时，均可获得满足任务分配约束条件的任务分配结果，且优化耗时较短。 其次，本文分析了两种传统区域覆盖路径规划算法（STC算法和波阵面算法）的不足之处，并分别加以改进。随后，又提出了一种基于DQN算法的区域覆盖路径规划算法，并使用广度优先搜索算法和A*算法帮助其逃离死区。仿真实验结果表明，本文提出的基于DQN算法的区域覆盖路径规划算法相对于改进后的两种传统区域覆盖路径规划算法，具有规划出的区域覆盖路径形状规则有序，且方向变更次数少等优点。 然后，针对任务区域全景底图获取问题，本文对航拍图像拼接算法进行了研究。在采用基于图像特征的方法实现航拍图像配准的基础上，针对区域覆盖航拍图像重叠区域复杂多变的特点，提出一种基于边缘裁剪的重叠区域划分和掩膜建立方法，并基于该方法将图像金字塔融合法应用于配准后的航拍图像融合，消除拼接缝隙，改善拼接效果。 最后，本文搭建了一套多无人机区域覆盖系统，该系统可实时获取多无人机飞行状态数据和云台相机图像数据，并可对多机进行控制，同时将多机区域覆盖环境建模、任务分配、路径规划和航拍图像拼接算法封装在内。外场实验结果表明，本文搭建的多无人机区域覆盖系统可利用多无人机对任务区域进行全自动的完全覆盖，并可对区域覆盖航拍图像进行拼接，获取任务区域全景底图。
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