基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃研究*

饒成成 林俊省 王昊

(1.廣東電網(wǎng)有限責任公司機巡管理中心，廣東廣州 510160;2.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

考慮到無人機的功能越來越強大，無人機航跡規(guī)劃的復雜程度出現(xiàn)了明顯的提高。無人機航跡規(guī)劃問題是提高無人機工作效率最有效的方法，通過無人機航跡規(guī)劃能夠在極大限度上保證無人機工作安全、穩(wěn)定地運行。DirectX作為微軟最新推出的多媒體修復工具，以其強大的數(shù)據(jù)分析以及集成能力在眾多修復工具中脫穎而出。國外學者針對基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃研究起步較早，取得了一定的研究成果。通過研究表明，基于DirectX，加大對無人機航跡規(guī)劃方法的研究力度是勢在必行的。因此，本文基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃研究。利用DirectX，加速推進無人機航跡規(guī)劃方法建設進程，致力于實現(xiàn)數(shù)據(jù)空間化，從根本上提高無人機航跡規(guī)劃的合理度。

表1 無人機可供選擇航跡規(guī)劃行進方向的表示

1 DirectX概述

DirectX在本質(zhì)上是一組組件，應用在Windows系統(tǒng)中，可允許各類軟、硬件的結(jié)合使用，尤其是應用在游戲中，能夠?qū)τ螒蛑械漠嬅妗⑸势鸬搅己玫匿秩拘Ч鸞1]。不僅如此，DirectX內(nèi)置多媒體加速器功能，能夠有效提高軟件在使用過程中的運行速度。DirectX以其高效率、修復bug便捷等優(yōu)勢受到各個領(lǐng)域的密切關(guān)注，基于此，本文設計基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃方法，具體內(nèi)容如下。

2 基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃方法

2.1 采集無人機航跡規(guī)劃數(shù)據(jù)

通過在無人機裝配的傳感器，對未知環(huán)境進行檢測，從而采集數(shù)據(jù)。再利用DirectX中的DirectGraphics將采集到的數(shù)據(jù)整合到程序中，根據(jù)相應的數(shù)據(jù)規(guī)劃無人機航跡。首先，需要限制傳感器范圍，本文建議采用環(huán)繞布局的方式，在無人機上安裝6個傳感器[2]。在此基礎(chǔ)上，將無人機航跡規(guī)劃的行進方向限定為6種，分別用字母表示為：FL、TL、TR、TFL、FRL以及FTR，具體含義如表1所示。

結(jié)合表1信息，在6種行進方向中，分別選取兩個不同類別的行進方向作為一個支持向量機子分類。這樣一來，可得出15個支持向量機子分類[3]。以此，為下文建設路徑適應度函數(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

2.2 建設無人機航跡規(guī)劃適應度函數(shù)

利用DirectX中的DirectDraw作為無人機航跡規(guī)劃的底層支撐，建設無人機航跡規(guī)劃適應度函數(shù)。首先，利用DirectX對無人機航跡規(guī)劃偏轉(zhuǎn)角的處理可分為兩部分。第一部分為對無人機航跡規(guī)劃偏轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)處理時，需要通過DirectX3D支持3D圖形處理無人機航跡規(guī)劃數(shù)據(jù)在應用DirectX3D時要保證每個數(shù)據(jù)的最大長度能夠通過二進制字符串進行編制；編制后切分數(shù)據(jù)的單位為tablet，根據(jù)編制后的切分數(shù)據(jù)調(diào)整無人機航跡規(guī)劃偏轉(zhuǎn)角的尺度；第二部分需要對切分后的數(shù)據(jù)執(zhí)行基于DirectX的ColumnGroup定義，為后續(xù)數(shù)據(jù)計算提供方便。設無人機航跡規(guī)劃適應度函數(shù)為q，可的公式(1)。

圖1 無人機航跡最優(yōu)規(guī)劃示意圖

表2 無人機航跡特征參數(shù)

公式(1)中，a、b、c指的是環(huán)境因素等懲罰系數(shù)，為實數(shù)；j1指的是無人機航跡規(guī)劃關(guān)節(jié)個數(shù)；x指的是無人機航跡規(guī)劃線速度；d指的是環(huán)境影響系數(shù)，為實數(shù)。可以基于DirectX支持T&L作為本文設計無人機航跡規(guī)劃方法的核心層，運用DirectX中的虛擬化功能整合計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源，通過形成的資源池為無人機航跡規(guī)劃提供資源服務。

2.3 實現(xiàn)無人機航跡規(guī)劃

建設無人機航跡規(guī)劃適應度函數(shù)后，為基于DirectX實現(xiàn)無人機航跡規(guī)劃，還需要剔除掉無人機航跡規(guī)劃中的環(huán)境影響因素，進而提高無人機航跡規(guī)劃的合理度。無人機航跡規(guī)劃示意圖，如圖1所示。

通過圖1可知，通過航跡尋優(yōu)，選擇滿足無人機航跡規(guī)劃約束條件的當前節(jié)點以及后繼節(jié)點。因此，設無人機航跡規(guī)劃方程式為PNR，則有公式(2)。

公式(2)中，f指的是無人機航跡規(guī)劃信息特征的權(quán)重；v指的是無人機航跡規(guī)劃的自由度；通過公式(2)可知，可以通過無人機航跡規(guī)劃方程式，得出無人機航跡規(guī)劃結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，從航跡段種群中選取優(yōu)良的子航跡段進行進化，選取較差的子航跡段進行變異操作[4-5]。交叉算子作用于共節(jié)點相鄰航跡段，在選擇節(jié)點過程中，共節(jié)點的航跡段信息也進行交換。至此，完成基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃。

3 實例分析

3.1 實驗準備

本次實例分析，采用硬件設施為型號為TYR3583589的上位機，實驗環(huán)境包括：虛擬主機資源數(shù)量為500；物理主機地理距離為30；主機更新常量為0.1；網(wǎng)絡權(quán)重系數(shù)為0.2。設置的無人機航跡特征參數(shù)，如表2所示。

結(jié)合表2所示，本次實例分析中設置的實驗測試指標為無人機航跡規(guī)劃合理度，規(guī)劃合理度越高證明航跡規(guī)劃可行性越高。首先，基于DirectX規(guī)劃無人機航跡，通過USBPACK 2.0軟件測試規(guī)劃合理度，記錄實驗結(jié)果，設置為實驗組；再采用傳統(tǒng)方法規(guī)劃無人機航跡，同樣通過USBPACK 2.0軟件測試規(guī)劃合理度，記錄實驗結(jié)果，設置為對照組。

3.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理實驗數(shù)據(jù)，如圖2所示。

通過圖2可知，本文設計方法規(guī)劃合理度明顯高于對照組，航跡規(guī)劃可行性更強，具有現(xiàn)實應用價值。

4 結(jié)語

通過基于DirectX的無人機航跡規(guī)劃研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)無人機航跡規(guī)劃中存在的問題。由此可見，本文設計的方法是具有現(xiàn)實意義的，能夠指導無人機航跡規(guī)劃方法優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應加大本文設計方法在無人機航跡規(guī)劃中的應用力度。本文存在不足之處表現(xiàn)在沒有對無人機航跡規(guī)劃中的避障問題加以深入分析，在日后的研究中還需要進一步對無人機航跡規(guī)劃避障的優(yōu)化設計提出深入研究，為提高無人機航跡規(guī)劃的綜合性能提供參考。

圖2 實驗結(jié)果對比圖