本發(fā)明涉及無人機(jī)通信，具體涉及一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與優(yōu)化成為了現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分。在應(yīng)急通信、偏遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋、大型活動(dòng)等特定場景中，傳統(tǒng)的固定基站由于其固定性、建設(shè)周期長、成本高昂等限制，難以實(shí)現(xiàn)快速部署和靈活調(diào)整。這些場景往往需要迅速響應(yīng)和臨時(shí)性的通信解決方案，以保障信息的暢通和緊急情況下的有效指揮。無人機(jī)掛載基站技術(shù)的出現(xiàn)，為解決上述問題提供了一種創(chuàng)新的解決方案。無人機(jī)基站具有快速部署、高度靈活、成本相對較低等優(yōu)點(diǎn)。它們能夠迅速到達(dá)難以到達(dá)的地區(qū)，如災(zāi)區(qū)、偏遠(yuǎn)山區(qū)或大型活動(dòng)現(xiàn)場，快速建立通信網(wǎng)絡(luò)，提供必要的通信服務(wù)。此外，無人機(jī)基站的飛行高度和移動(dòng)性使其能夠避開地面障礙物，提供更廣闊的信號(hào)覆蓋范圍。

2、然而，無人機(jī)基站在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著一系列挑戰(zhàn)。復(fù)雜地形環(huán)境，如山地、丘陵、城市建筑群等，會(huì)對無人機(jī)基站的信號(hào)傳播產(chǎn)生明顯的影響。地形的起伏和建筑物的遮擋會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減、覆蓋盲區(qū)和通信質(zhì)量下降。此外，無人機(jī)基站的飛行高度、盤旋半徑、飛行中心點(diǎn)等飛行參數(shù)，也直接影響著信號(hào)的覆蓋效果和通信質(zhì)量。為了克服這些挑戰(zhàn)，研究者們正在探索如何優(yōu)化無人機(jī)基站的布局和飛行參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)覆蓋效果。這涉及到對地形數(shù)據(jù)的精確分析、信號(hào)傳播模型的建立、優(yōu)化算法的開發(fā)以及仿真驗(yàn)證等多個(gè)方面。目前，基于數(shù)字高程模型(dem)的研究方法逐漸成為優(yōu)化無人機(jī)基站布局的重要手段。dem數(shù)據(jù)能夠提供地形的三維信息，幫助研究者更準(zhǔn)確地評(píng)估地形對信號(hào)傳播的影響，并據(jù)此優(yōu)化無人機(jī)基站的部署策略。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，通過人工使用arcgis軟件設(shè)計(jì)無人機(jī)基站部署，效率低，比較難找到最佳方案。無人機(jī)基站技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，但其在復(fù)雜地形環(huán)境下的信號(hào)覆蓋問題亟待解決。本發(fā)明目的是通過創(chuàng)新的技術(shù)手段，優(yōu)化無人機(jī)基站的布局和飛行參數(shù)，以提高其在復(fù)雜地形環(huán)境中的通信性能，滿足現(xiàn)代社會(huì)對高效、靈活通信解決方案的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法來達(dá)到提高無人機(jī)基站在復(fù)雜地形環(huán)境中的通信性能的目的。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：提供一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：具體包括以下步驟：

3、步驟一.收集dem數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理：收集應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域的dem數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入到地理信息系統(tǒng)gis，通過地理信息系統(tǒng)gis對dem數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

4、步驟二.收集并處理無人機(jī)基站參數(shù)：收集無人機(jī)基站參數(shù)，利用llm大語言模型將無人機(jī)基站的參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化；

5、步驟三.通過地理信息系統(tǒng)gis加載dem數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)無人機(jī)基站位置方案：

6、s1.地形特征分析：dem數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)gis后，通過地理信息系統(tǒng)gis內(nèi)的三維模型得到應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域的地形特征，并識(shí)別會(huì)影響信號(hào)傳播的地形障礙；

7、s2.無人機(jī)基站特性分析：考慮無人機(jī)的飛行特性和信號(hào)發(fā)射特性，采用網(wǎng)格方式計(jì)算應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格的信號(hào)情況，得到無人機(jī)基站的信號(hào)覆蓋模型；

8、s3.信號(hào)傳播模型構(gòu)建：選擇無人機(jī)基站的信號(hào)傳播模型，結(jié)合dem數(shù)據(jù)和地形特征，引入地形遮擋模型評(píng)估無人機(jī)在不同飛行高度下的信號(hào)傳播特性，并考慮包括大氣條件、建筑物遮擋的影響因素，根據(jù)不同地形通過autogen框架自動(dòng)選擇一個(gè)或多個(gè)信號(hào)傳播模型進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而自動(dòng)完善信號(hào)傳播模型；

9、s4.無人機(jī)基站布局及飛行參數(shù)優(yōu)化：根據(jù)dem數(shù)據(jù)和信號(hào)傳播模型，使用線性規(guī)劃、遺傳算法確定無人機(jī)基站的最佳數(shù)量和位置；

10、s5.構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過線性規(guī)劃求解器求解，完成無人機(jī)基站應(yīng)急場景下的自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

11、進(jìn)一步的，所述的步驟一中收集的應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域的dem數(shù)據(jù)來源包括衛(wèi)星遙感、航空攝影測量、地面測量；收集的dem數(shù)據(jù)包括發(fā)射功率、天線增益、頻率范圍、飛行高度和續(xù)航時(shí)間。

12、進(jìn)一步的，所述的步驟一中對dem數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)去噪、數(shù)據(jù)插值。

13、進(jìn)一步的，所述的步驟三中的s1中的地形特征包括坡度、坡向、海拔高度；地形障礙包括山脈和建筑物。

14、進(jìn)一步的，所述的步驟三中的s3中的信號(hào)傳播模型包括

15、hata模型、okumura模型、cost?231模型、walfisch-ikegami模型、lee模型、kuo模型、itu-r?p.526-13模型、sui模型、kunz模型、hata-c模型。

16、進(jìn)一步的，所述的步驟三中的s3中的信號(hào)傳播特性包括信號(hào)覆蓋范圍、信號(hào)衰減率、信號(hào)強(qiáng)度和無人機(jī)基站與接收點(diǎn)之間的可視性。

17、進(jìn)一步的，所述的步驟三中的s4中確定得到的最佳位置包括最優(yōu)的飛行高度、盤旋半徑和飛行中心點(diǎn)。

18、進(jìn)一步的，所述的步驟三中的s5中完成構(gòu)建目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的具體過程為：

19、a.確定優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)信號(hào)覆蓋質(zhì)量、無人機(jī)基站數(shù)量、能耗和部署成本，設(shè)定在應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)優(yōu)化目標(biāo)的閾值；

20、b.設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的約束條件，包括基站的最大數(shù)量或每個(gè)基站的最大覆蓋范圍或信號(hào)強(qiáng)度；

21、c.使用python中的線性規(guī)劃庫作為求解器來求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

22、d.根據(jù)求解器的輸出，評(píng)估解決方案的有效性，當(dāng)求解器的輸出最優(yōu)解，即完成無人機(jī)基站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

23、進(jìn)一步的，所述的步驟d中具體使用scipy.optimize.linprog作為求解器來求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。

24、本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，產(chǎn)生的有益效果為：

25、(1)本發(fā)明利用dem數(shù)據(jù)對應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域進(jìn)行地形特征分析，識(shí)別信號(hào)傳播的潛在障礙，更準(zhǔn)確地評(píng)估地形對信號(hào)傳播的影響。并結(jié)合無人機(jī)基站技術(shù)參數(shù)和地形特征，完善信號(hào)傳播模型。能夠使得無人機(jī)基站適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，增強(qiáng)無人機(jī)基站的信號(hào)覆蓋能力和靈活性。

26、(2)引入地形遮擋模型評(píng)估信號(hào)傳播特性，包括信號(hào)的衰減情況，優(yōu)化無人機(jī)基站的布局和飛行參數(shù)。提高無人機(jī)基站的信號(hào)覆蓋質(zhì)量，減少基站數(shù)量，降低部署成本。

技術(shù)特征：

1.一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟一中收集的應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域的dem數(shù)據(jù)來源包括衛(wèi)星遙感、航空攝影測量、地面測量；收集的dem數(shù)據(jù)包括發(fā)射功率、天線增益、頻率范圍、飛行高度和續(xù)航時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟一中對dem數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)去噪、數(shù)據(jù)插值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟三中的s1中的地形特征包括坡度、坡向、海拔高度；地形障礙包括山脈和建筑物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟三中的s3中的信號(hào)傳播模型包括hata模型、okumura模型、cost?231模型、walfisch-ikegami模型、lee模型、kuo模型、itu-r?p.526-13模型、sui模型、kunz模型、hata-c模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟三中的s3中的信號(hào)傳播特性包括信號(hào)覆蓋范圍、信號(hào)衰減率、信號(hào)強(qiáng)度和無人機(jī)基站與接收點(diǎn)之間的可視性。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟三中的s4中確定得到的最佳位置包括最優(yōu)的飛行高度、盤旋半徑和飛行中心點(diǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟三中的s5中完成構(gòu)建目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的具體過程為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，其特征在于：所述的步驟d中具體使用scipy.optimize.linprog作為求解器來求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無人機(jī)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)基站在應(yīng)急場景下自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法，具體包括以下步驟：步驟一.收集DEM數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理：收集應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入到地理信息系統(tǒng)GIS，對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟二.收集并處理無人機(jī)基站參數(shù)：收集無人機(jī)基站參數(shù)，利用LLM大語言模型將無人機(jī)基站的參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化；步驟三.通過地理信息系統(tǒng)GIS加載DEM數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)無人機(jī)基站位置方案。本發(fā)明利用DEM數(shù)據(jù)對應(yīng)急目標(biāo)現(xiàn)場區(qū)域進(jìn)行地形特征分析，識(shí)別信號(hào)傳播的潛在障礙，更準(zhǔn)確地評(píng)估地形對信號(hào)傳播的影響。結(jié)合無人機(jī)基站技術(shù)參數(shù)和地形特征，完善信號(hào)傳播模型。使無人機(jī)基站適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，增強(qiáng)無人機(jī)基站的信號(hào)覆蓋能力和靈活性。

技術(shù)研發(fā)人員：李俊,蔡驍,張彥斌,黃雅蕾,周雪昂,王征山,徐立強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京數(shù)聯(lián)東方科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8