复杂环境下无人机路径规划及信息采集方法的研究

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1、硕士学位论文复杂环境下无人机路径规划及信息采集方法的研究RESEARCHOFUAVPATHPLANNINGANDTHEMETHODOFINFORMATIONCOLLECTIONINCOMPLEXENVIRONMENT孟庆奎哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG312学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文复杂环境下无人机路径规划及信息采集方法的研究硕士研究生：孟庆奎导师：王玲教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TG312U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFUAVPATHPLANNINGANDTHEMETHODOFINFORMATIONCOLLECTIONINCOMPLEXENVIRONMENTCandidate：MengQingkuiSupervisor：Prof.WangLingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ComputerScience&TechnologyA

3、ffiliation：ComputerScience&TechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士论文摘要上个世纪八十年代以来，无人机（UnmannedAerialVehicle）路径规划受到了各国的广泛关注。由于无人机具有结构简单，造价低廉，动力可持续、和有人驾驶飞机相比安全等特点，并能够完成有人驾驶飞机无法完成的任务，被广泛应用到军事领域、农业生产、环境监测、边界管控、森林防火等领域。同样在上

4、个世纪九年代，随着计算机技术、网络技术、硬件技术不断发展，无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）受到了人们的广泛关注。尤其是无线传感器网络成本低、耗能少，分布式、自组织等特点，可对监测区域进行监测，并可将信息回传给观察者。无线传感器网络主要应用在军事领域、智能家居、环境监测等方面。制约WSN发展的最主要的因素就是其自身的能耗问题。由于WSN节点需要将环境信息回传给远距离的观察者，而且信息在传输过程中需要消耗大量的能量。但是由于WSN节点的能量是一定的，这就需要改进WSN节点信息转发的策略来节省能量。但是这也只能在一定的程度上解决问

5、题。后来人们将可移动SINK节点引入到WSN里面，由于SINK节点可以任意可移动，则大大缩短了彼此之间的通信距离，减少了能量的消耗。而UAV具有机动性强、活动范围广、可重复使用等特点，可以将UAV引入到WSN网络中代替可移动的SINK节点。这样就大大增强了WSN整个网络的性能。WSN网络生存时间主要是由WSN的能量来决定的。如果WSN收集和发送的数据比较多，并且消耗的能量比较少的话，那么整个WSN网络性能也就比较高。所以，如何降低WSN节点的能耗问题是当今需要解决的重点问题。本文主要是模拟了原始森林的地形图，并对其进行合理的建模和描述，不仅考虑了算法的

6、效率，还考虑到了UAV实际飞行的可行性。针对复杂环境下，首先进行三维空间下的UAV路径规划。在路径规划的过程中，我们需要考虑到UAV实际飞行的可行性，同时也需要考虑到最短路径的问题。需要在UAV规划出最短路径之后再根据实际情况进行路径再规划，从而规划出一条UAV可以飞行的实际路径。在采集节点信息的过程中，UAV的飞行速度还是比较快的，需要按照一定的策略对WSN节点进行信息采集。本文主要是应用Matlab仿真工具，首先建立环境模型，其次对UAV进行路径规划仿真，并与改进之后的路径结果进行比较，通过仿真结果进行性能分析。同时，还对UAV-WSN信息采集方法

7、进行模拟仿真，并通过能耗情况对信息采集方法进行分析和评价。关键词UAV-WSN；信息采集；路径规划；复杂环境I哈尔滨工业大学工学硕士论文AbstractSincethelastcentury80's,UAV(UnmannedAerialVehicle)pathplanninghaswidelydrawnattentionfrommanycountriesallovertheworld.TherearemanyadvantagesofusingUAV,suchassimplestructure,lowcost,sustainablepower,andit

8、cancompletetheworkwhichwasunabletobecompletedby