基于DirectX的無人機航跡規劃研究*

饒成成 林俊省 王昊

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

0 引言

考慮到無人機的功能越來越強大，無人機航跡規劃的復雜程度出現了明顯的提高。無人機航跡規劃問題是提高無人機工作效率最有效的方法，通過無人機航跡規劃能夠在極大限度上保證無人機工作安全、穩定地運行。DirectX作為微軟最新推出的多媒體修復工具，以其強大的數據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的無人機航跡規劃研究。利用DirectX，加速推進無人機航跡規劃方法建設進程，致力于實現數據空間化，從根本上提高無人機航跡規劃的合理度。

表1 無人機可供選擇航跡規劃行進方向的表示

1 DirectX概述

DirectX在本質上是一組組件，應用在Windows系統中，可允許各類軟、硬件的結合使用，尤其是應用在游戲中，能夠對游戲中的畫面、色彩起到良好的渲染效果[1]。不僅如此，DirectX內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便捷等優勢受到各個領域的密切關注，基于此，本文設計基于DirectX的無人機航跡規劃方法，具體內容如下。

2 基于DirectX的無人機航跡規劃方法

2.1 采集無人機航跡規劃數據

通過在無人機裝配的傳感器，對未知環境進行檢測，從而采集數據。再利用DirectX中的DirectGraphics將采集到的數據整合到程序中，根據相應的數據規劃無人機航跡。首先，需要限制傳感器范圍，本文建議采用環繞布局的方式，在無人機上安裝6個傳感器[2]。在此基礎上，將無人機航跡規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提供基礎數據支持。

2.2 建設無人機航跡規劃適應度函數

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

圖1 無人機航跡最優規劃示意圖

表2 無人機航跡特征參數

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

2.3 實現無人機航跡規劃

建設無人機航跡規劃適應度函數后，為基于DirectX實現無人機航跡規劃，還需要剔除掉無人機航跡規劃中的環境影響因素，進而提高無人機航跡規劃的合理度。無人機航跡規劃示意圖，如圖1所示。

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

公式(2)中，f指的是無人機航跡規劃信息特征的權重；v指的是無人機航跡規劃的自由度；通過公式(2)可知，可以通過無人機航跡規劃方程式，得出無人機航跡規劃結果。在此基礎上，從航跡段種群中選取優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點相鄰航跡段，在選擇節點過程中，共節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，實驗環境包括：虛擬主機資源數量為500；物理主機地理距離為30；主機更新常量為0.1；網絡權重系數為0.2。設置的無人機航跡特征參數，如表2所示。

結合表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劃合理度，規劃合理度越高證明航跡規劃可行性越高。首先，基于DirectX規劃無人機航跡，通過USBPACK 2.0軟件測試規劃合理度，記錄實驗結果，設置為實驗組；再采用傳統方法規劃無人機航跡，同樣通過USBPACK 2.0軟件測試規劃合理度，記錄實驗結果，設置為對照組。

3.2 實驗結果分析與結論

整理實驗數據，如圖2所示。

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

4 結語

通過基于DirectX的無人機航跡規劃研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統無人機航跡規劃中存在的問題。由此可見，本文設計的方法是具有現實意義的，能夠指導無人機航跡規劃方法優化。在后期的發展中，應加大本文設計方法在無人機航跡規劃中的應用力度。本文存在不足之處表現在沒有對無人機航跡規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劃避障的優化設計提出深入研究，為提高無人機航跡規劃的綜合性能提供參考。

圖2 實驗結果對比圖