使用能量受限无人机对环境进行覆盖

我们研究了使用具有有限电池容量的无人机(UAV)覆盖环境的问题。我们考虑这样一种场景：无人机可以降落在无人地面车辆(UGV)上并为机载电池充电。UGV 还可以在将无人机运输到下一个起飞点的同时为无人机充电。我们提出了一种算法来解决区域覆盖问题的一个新变体，该变体考虑了这种无人机与无人地面车辆的共生系统。输入由一组牛耕式单元(boustrophedon cells)组成——其宽度等于无人机上传感器视场的矩形条带。目标是为无人机和无人地面车辆找到一种协同策略，以最小时间访问并覆盖所有单元，同时最优地确定电池充多少电、在哪里充电以及何时充电。这包括访问和覆盖所有单元的飞行时间、充电时间，以及起飞和降落时间。我们展示了如何将此问题归约为一个已知的 NP 难问题——广义旅行商问题(GTSP)。给定最优的 GTSP 求解器，我们的方法可找到无人机和无人地面车辆的最优覆盖路径。我们的建模适用于多旋翼无人机以及可在固定翼和垂直起降模式下运行的混合无人机。我们通过仿真和概念验证实验评估了我们的算法。