基于DirectX的无人机航迹规划研究*

饶成成 林俊省 王昊

(1.广东电网有限责任公司机巡管理中心，广东广州 510160;2.南方电网数字电网研究院有限公司，广东广州 510700)

0 引言

考虑到无人机的功能越来越强大，无人机航迹规划的复杂程度出现了明显的提高。无人机航迹规划问题是提高无人机工作效率最有效的方法，通过无人机航迹规划能够在极大限度上保证无人机工作安全、稳定地运行。DirectX作为微软最新推出的多媒体修复工具，以其强大的数据分析以及集成能力在众多修复工具中脱颖而出。国外学者针对基于DirectX的无人机航迹规划研究起步较早，取得了一定的研究成果。通过研究表明，基于DirectX，加大对无人机航迹规划方法的研究力度是势在必行的。因此，本文基于DirectX的无人机航迹规划研究。利用DirectX，加速推进无人机航迹规划方法建设进程，致力于实现数据空间化，从根本上提高无人机航迹规划的合理度。

表1 无人机可供选择航迹规划行进方向的表示

1 DirectX概述

DirectX在本质上是一组组件，应用在Windows系统中，可允许各类软、硬件的结合使用，尤其是应用在游戏中，能够对游戏中的画面、色彩起到良好的渲染效果[1]。不仅如此，DirectX内置多媒体加速器功能，能够有效提高软件在使用过程中的运行速度。DirectX以其高效率、修复bug便捷等优势受到各个领域的密切关注，基于此，本文设计基于DirectX的无人机航迹规划方法，具体内容如下。

2 基于DirectX的无人机航迹规划方法

2.1 采集无人机航迹规划数据

通过在无人机装配的传感器，对未知环境进行检测，从而采集数据。再利用DirectX中的DirectGraphics将采集到的数据整合到程序中，根据相应的数据规划无人机航迹。首先，需要限制传感器范围，本文建议采用环绕布局的方式，在无人机上安装6个传感器[2]。在此基础上，将无人机航迹规划的行进方向限定为6种，分别用字母表示为：FL、TL、TR、TFL、FRL以及FTR，具体含义如表1所示。

结合表1信息，在6种行进方向中，分别选取两个不同类别的行进方向作为一个支持向量机子分类。这样一来，可得出15个支持向量机子分类[3]。以此，为下文建设路径适应度函数提供基础数据支持。

2.2 建设无人机航迹规划适应度函数

利用DirectX中的DirectDraw作为无人机航迹规划的底层支撑，建设无人机航迹规划适应度函数。首先，利用DirectX对无人机航迹规划偏转角的处理可分为两部分。第一部分为对无人机航迹规划偏转角数据处理时，需要通过DirectX3D支持3D图形处理无人机航迹规划数据在应用DirectX3D时要保证每个数据的最大长度能够通过二进制字符串进行编制；编制后切分数据的单位为tablet，根据编制后的切分数据调整无人机航迹规划偏转角的尺度；第二部分需要对切分后的数据执行基于DirectX的ColumnGroup定义，为后续数据计算提供方便。设无人机航迹规划适应度函数为q，可的公式(1)。

图1 无人机航迹最优规划示意图

表2 无人机航迹特征参数

公式(1)中，a、b、c指的是环境因素等惩罚系数，为实数；j1指的是无人机航迹规划关节个数；x指的是无人机航迹规划线速度；d指的是环境影响系数，为实数。可以基于DirectX支持T&L作为本文设计无人机航迹规划方法的核心层，运用DirectX中的虚拟化功能整合计算资源、存储资源和网络资源，通过形成的资源池为无人机航迹规划提供资源服务。

2.3 实现无人机航迹规划

建设无人机航迹规划适应度函数后，为基于DirectX实现无人机航迹规划，还需要剔除掉无人机航迹规划中的环境影响因素，进而提高无人机航迹规划的合理度。无人机航迹规划示意图，如图1所示。

通过图1可知，通过航迹寻优，选择满足无人机航迹规划约束条件的当前节点以及后继节点。因此，设无人机航迹规划方程式为PNR，则有公式(2)。

公式(2)中，f指的是无人机航迹规划信息特征的权重；v指的是无人机航迹规划的自由度；通过公式(2)可知，可以通过无人机航迹规划方程式，得出无人机航迹规划结果。在此基础上，从航迹段种群中选取优良的子航迹段进行进化，选取较差的子航迹段进行变异操作[4-5]。交叉算子作用于共节点相邻航迹段，在选择节点过程中，共节点的航迹段信息也进行交换。至此，完成基于DirectX的无人机航迹规划。

3 实例分析

3.1 实验准备

本次实例分析，采用硬件设施为型号为TYR3583589的上位机，实验环境包括：虚拟主机资源数量为500；物理主机地理距离为30；主机更新常量为0.1；网络权重系数为0.2。设置的无人机航迹特征参数，如表2所示。

结合表2所示，本次实例分析中设置的实验测试指标为无人机航迹规划合理度，规划合理度越高证明航迹规划可行性越高。首先，基于DirectX规划无人机航迹，通过USBPACK 2.0软件测试规划合理度，记录实验结果，设置为实验组；再采用传统方法规划无人机航迹，同样通过USBPACK 2.0软件测试规划合理度，记录实验结果，设置为对照组。

3.2 实验结果分析与结论

整理实验数据，如图2所示。

通过图2可知，本文设计方法规划合理度明显高于对照组，航迹规划可行性更强，具有现实应用价值。

4 结语

通过基于DirectX的无人机航迹规划研究，能够取得一定的研究成果，解决传统无人机航迹规划中存在的问题。由此可见，本文设计的方法是具有现实意义的，能够指导无人机航迹规划方法优化。在后期的发展中，应加大本文设计方法在无人机航迹规划中的应用力度。本文存在不足之处表现在没有对无人机航迹规划中的避障问题加以深入分析，在日后的研究中还需要进一步对无人机航迹规划避障的优化设计提出深入研究，为提高无人机航迹规划的综合性能提供参考。

图2 实验结果对比图