无人机轨迹规划是无人机自主飞行的核心技术,通过算法生成安全、高效的飞行路径,广泛应用于物流、农业、测绘等领域。其核心在于平衡路径最优性、实时避障与能耗控制,需结合环境感知、动态调整与多机协同等关键技术。
无人机轨迹规划首先依赖环境感知技术,通过激光雷达、视觉传感器等实时采集地形与障碍物数据,构建三维地图。例如,物流无人机需识别电线、建筑等静态障碍,而农业无人机则需根据作物高度动态调整飞行高度。高精度定位(如GPS差分定位)与惯性导航的融合,能确保厘米级定位误差,为路径生成提供基础。
算法选择直接影响路径质量。传统A*、Dijkstra算法适合静态环境,而动态场景需采用RRT*(快速扩展随机树)或模型预测控制(MPC)。例如,集群无人机表演通过MPC实时调整轨迹,避免碰撞;而复杂山地测绘中,RRT*能快速生成绕过陡崖的路径。深度学习(如DRL)正成为新趋势,通过历史数据训练模型,提升复杂环境下的规划效率。
能耗优化是商业落地的关键。通过调整飞行速度、高度与转弯角度,可延长续航20%以上。例如,顺丰无人机在配送中采用“分段加速”策略,减少逆风能耗;大疆农业无人机通过“蛇形路径”减少重复飞行,提升喷洒效率。多机协同算法(如Voronoi图分割)还能实现任务分配与冲突消解,提升集群作业效率。
未来,5G边缘计算与数字孪生技术将推动轨迹规划迈向实时仿真与远程控制。例如,城市空中交通(UAM)通过数字孪生预演紧急避障方案,而灾区救援无人机可借助边缘服务器快速重规划路径。始终以安全为底线,兼顾效率与适应性,是技术发展的核心原则。