面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统

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面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统
申请号	CN202211107555.7	申请日	2022-09-13	公开(公告)号	CN115562334B	公开(公告)日	2023-07-18
申请人	中国地震应急搜救中心; 西安电子科技大学;			发明人	张涛; 程文驰; 张雪华; 买莹; 王建平; 郭皓明;
摘要	本发明公开了面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统，该方法包括：根据各目标的空间分布对栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区；根据各受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区；根据任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在任务区中生成多个作业区；根据作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定作业区中与各目标匹配的低空空域无人机；利用高空无人机形成任务区规划提供通信保障、利用中空无人机形成作业区规划提供通信中继、利用低空空域无人机开展精确搜索，从而提高了压埋生命目标的识别与状态分析工作效能，提高了搜救工作的效率。
权利要求	1.面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法，其特征在于，所述方法包括：根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列；根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区；根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区；根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区；根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机和/或超低空无人机；若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索；其中，各目标包括已查明目标和待查目标，所述搜索顺序基于预设路径优化算法确定或由用户指定，高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点以保障中空无人机的通信需求，中空无人机在搜索时作为通信中继以保障低空空域无人机的通信需求；各所述受灾片区存储在片区集合中，根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区，具体为：若各所述受灾片区在空间上的总聚合面积不大于与高空无人机的覆盖能力对应的第一面积，基于各所述受灾片区生成一个任务区；若所述总聚合面积大于所述第一面积且存在面积大于所述第一面积的第一受灾片区，在片区集合中将所述第一受灾片区分割为多个面积均不大于所述第一面积的受灾片区，以使片区集合转换为待处理片区集合；若所述总聚合面积大于所述第一面积且不存在所述第一受灾片区，将片区集合作为待处理片区集合；将待处理片区集合中所有受灾片区作为第二受灾片区，根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区；其中，所述第一面积由高空无人机的通信覆盖面积确定；根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区，具体包括以下步骤：步骤B1，将待处理片区集合中各第二受灾片区按面积大小进行排序，并提取面积最小的第二受灾片区作为当前片区，并将距离所述当前片区最近的第二受灾片区作为待定片区，确定所述当前片区和所述待定片区在空间上的第一聚合面积；步骤B2，判断所述第一聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤B4，否则执行步骤B3；步骤B3，将所述待定片区放入与所述当前片区对应的当前任务区，并将所述待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B6；步骤B4，判断待处理片区集合中是否存在未处理的第二受灾片区，若是执行步骤B5，否则执行步骤B10；步骤B5，将距离所述当前片区次近的第二受灾片区作为新的待定片区，并基于当前片区和新的待定片区确定新的第一聚合面积，执行步骤B2；步骤B6，继续从待处理片区集合中确定新的待定片区，并确定新的待定片区与当前任务区中各第二受灾片区在空间上的第二聚合面积；步骤B7，判断第二聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤B9，否则执行步骤B8；步骤B8，将新的待定片区放入所述当前任务区，并将新的待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B6；步骤B9，将所述当前片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B1；步骤B10，将各任务区存储到任务区集合；根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，具体为：根据当前作业区中各目标的面积和低空空域无人机完成单位面积搜索消耗的能力确定搜索能力消耗向量；根据当前作业区中全部可用低空空域无人机与各目标之间的距离、当前作业区中各目标的数量和各低空空域无人机的数量生成第二距离矩阵；从当前作业区的全部可用低空空域无人机中选定一个无人机作为当前无人机，根据所述搜索能力消耗向量和所述第二距离矩阵确定当前无人机分别与当前作业区中各目标的能力消耗集合；若所述能力消耗集合中的最小能力消耗与当前无人机的留存电量匹配，将与所述最小能力消耗对应的目标分配给当前无人机，并将当前无人机分配到当前作业区，并变更当前无人机的可用状态；若所述最小能力消耗与当前无人机的留存电量不匹配，选定下一个可用无人机作为新的当前无人机，并确定与新的当前无人机对应的新的能力消耗集合；若当前作业区中的所有目标均已分配低空空域无人机，输出低空空域无人机对当前作业区的搜索作业方案。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区，具体包括以下步骤：步骤A1，选择一个目标作为当前目标，提取当前目标和当前目标所在的当前栅格；步骤A2，判断与当前栅格相邻的第一栅格中是否存在目标，若是执行步骤A3，否则执行步骤A4；步骤A3，将当前栅格与第一栅格聚合成当前受灾片区，执行步骤A5；步骤A4，将当前栅格确定为新的受灾片区，执行步骤A8；步骤A5，判断与第一栅格相邻的第二栅格中是否存在目标，若是执行步骤A6，否则执行步骤A7；步骤A6，将第二栅格聚合到当前受灾片区，并将第二栅格作为新的第一栅格，执行步骤A5；步骤A7，将当前受灾片区确定为新的受灾片区，执行步骤A8；步骤A8，判断是否存在未被划分到受灾片区的目标，若是执行步骤A1，否则执行步骤A9；步骤A9，将新的受灾片区存储到片区集合。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区之后，所述方法还包括：在接收到用户对指定受灾片区的拆分指令时，将指定受灾片区拆分为新的受灾片区并存储到片区集合；在接收到用户对至少两个指定受灾片区的聚合指令时，将各指定受灾片区聚合为新的受灾片区并存储到片区集合。 4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设栅格队列中每个栅格为grid，每个目标为target，则：grid＝{ID1,WNPt,SEPt,CPt,W,H}； target＝{ID2，geoCode，GPS，area，Ttype，Tprop，clevel，createTime，isValid}，Tprop＝{objType，manCount，isFoucs}；其中，ID1为栅格的标识，WNPt为栅格西北角顶点坐标，SEPt为栅格东南角顶点坐标，CPt为栅格中间点坐标，W和H分别为栅格的宽度与长度，ID2为目标的标识，geoCode为目标中心点所处栅格的编码，GPS为目标的中心点位置，area为目标的面积，Ttype为目标的性质，Tprop为目标的基本属性，clevel为目标受灾破坏等级，createTime为目标创建时间，isValid为目标是否为有效目标，objType为目标的类别、manCount为目标压埋的人员数量、isFoucs为目标是否为重点关注目标，Ttype的取值为confirmed或waitConfirm，confirmed表示当前目标为已查明目标，waitConfirm表示当前目标为待查目标。 5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机对各任务区进行搜索的过程中，分别收集高空无人机、中空无人机和低空空域无人机传回的搜索数据，根据搜索数据对灾情数据进行迭代更新，在完成对各任务区的多波次的搜索后，获得最终灾情数据，以使地面救援人员根据最终灾情数据进行地面救援作业；其中，搜索数据包括影像数据、手机信号采集数据和生命信号采集数据。 6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区，具体包括以下步骤：步骤C1，根据当前任务区中全部目标与其他目标之间的距离生成第一距离矩阵；步骤C2，根据所述第一距离矩阵中两个距离最短的当前目标创建一个当前作业区，并将两个当前目标放入当前作业区的目标队列，将两个当前目标标记为已处理过；步骤C3，从当前任务区中确定与当前作业区中各目标在空间上距离最近的一个最近目标，并将最近目标与当前作业区进行空间聚合，形成分布区；步骤C4，判断分布区中任意两个目标之间的距离是否大于与中空无人机的覆盖能力对应的第一距离，若是执行步骤C6，否则执行步骤C5，其中，所述第一距离由中空无人机的通信覆盖范围确定；步骤C5，将最近目标加入当前作业区，并将最近目标标记为已处理过，判断所述任务区中是否存在未处理过的目标，若是执行步骤C3，否则执行步骤C6；步骤C6，将当前作业区作为新的作业区并存储，执行步骤C7；步骤C7，判断所述任务区中是否存在未处理过的目标，若是执行步骤C2，否则执行步骤C8；步骤C8，将各作业区形成队列输出。 7.面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同系统，其特征在于，所述系统包括：处理模块，用于根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列；第一生成模块，用于根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区；第二生成模块，用于根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区；第三生成模块，用于根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区；确定模块，用于根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机和/或超低空无人机；引导模块，用于若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索；其中，各目标包括已查明目标和待查目标，所述搜索顺序基于预设路径优化算法确定或由用户指定，高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点以保障中空无人机的通信需求，中空无人机在搜索时作为通信中继以保障低空空域无人机的通信需求；其中，各所述受灾片区存储在片区集合中，根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区，具体为：若各所述受灾片区在空间上的总聚合面积不大于与高空无人机的覆盖能力对应的第一面积，基于各所述受灾片区生成一个任务区；若所述总聚合面积大于所述第一面积且存在面积大于所述第一面积的第一受灾片区，在片区集合中将所述第一受灾片区分割为多个面积均不大于所述第一面积的受灾片区，以使片区集合转换为待处理片区集合；若所述总聚合面积大于所述第一面积且不存在所述第一受灾片区，将片区集合作为待处理片区集合；将待处理片区集合中所有受灾片区作为第二受灾片区，根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区；其中，所述第一面积由高空无人机的通信覆盖面积确定；根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区，具体包括以下步骤：步骤B1，将待处理片区集合中各第二受灾片区按面积大小进行排序，并提取面积最小的第二受灾片区作为当前片区，并将距离所述当前片区最近的第二受灾片区作为待定片区，确定所述当前片区和所述待定片区在空间上的第一聚合面积；步骤B2，判断所述第一聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤B4，否则执行步骤B3；步骤B3，将所述待定片区放入与所述当前片区对应的当前任务区，并将所述待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B6；步骤B4，判断待处理片区集合中是否存在未处理的第二受灾片区，若是执行步骤B5，否则执行步骤B10；步骤B5，将距离所述当前片区次近的第二受灾片区作为新的待定片区，并基于当前片区和新的待定片区确定新的第一聚合面积，执行步骤B2；步骤B6，继续从待处理片区集合中确定新的待定片区，并确定新的待定片区与当前任务区中各第二受灾片区在空间上的第二聚合面积；步骤B7，判断第二聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤B9，否则执行步骤B8；步骤B8，将新的待定片区放入所述当前任务区，并将新的待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B6；步骤B9，将所述当前片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤B1；步骤B10，将各任务区存储到任务区集合；根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，具体为：根据当前作业区中各目标的面积和低空空域无人机完成单位面积搜索消耗的能力确定搜索能力消耗向量；根据当前作业区中全部可用低空空域无人机与各目标之间的距离、当前作业区中各目标的数量和各低空空域无人机的数量生成第二距离矩阵；从当前作业区的全部可用低空空域无人机中选定一个无人机作为当前无人机，根据所述搜索能力消耗向量和所述第二距离矩阵确定当前无人机分别与当前作业区中各目标的能力消耗集合；若所述能力消耗集合中的最小能力消耗与当前无人机的留存电量匹配，将与所述最小能力消耗对应的目标分配给当前无人机，并将当前无人机分配到当前作业区，并变更当前无人机的可用状态；若所述最小能力消耗与当前无人机的留存电量不匹配，选定下一个可用无人机作为新的当前无人机，并确定与新的当前无人机对应的新的能力消耗集合；若当前作业区中的所有目标均已分配低空空域无人机，输出低空空域无人机对当前作业区的搜索作业方案。
说明书全文	面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统技术领域 [0001] 本申请涉及无人机技术领域，更具体地，涉及面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统。背景技术 [0002] 在地震、泥石流、洪涝等破坏性灾害发生时，灾区建筑或设施受到毁损，大量人员被封困或压埋在其中。救援人员需要快速定位上述受灾人员位置，并根据现场情况派遣救援力量。因此，对受灾地区待救援目标的快速识别、定位就成为应急行业的关键发展需求。无人机因其技术特性，在灾区快速搜索中具有较大优势。结合通讯组网、人工智能等技术的发展，无人集群在应急救援领域的发展具有极大的潜力。 [0003] 灾害发生后，因通讯、导航等设施的破坏，灾区具有拒止性的特点。无人机在搜索作业过程中，缺乏有效的支撑条件。同时，由于灾区区域范围较大，受灾情况复杂多样，在灾区无人机搜索体系中配备不同功能的异构无人机集群以完成不同类别的作业任务。 [0004] 因此，如何更加准确和高效的进行无人机集群任务协同，进而提高灾区搜索效率，是目前有待解决的技术问题。发明内容 [0005] 本申请实施例提供一种面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法和系统，用以解决现有技术中利用无人机集群进行灾区搜索时准确性和效率低的技术问题。 [0006] 第一方面，提供一种面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法，所述方法包括： [0007] 根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列； [0008] 根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区； [0009] 根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区； [0010] 根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区； [0011] 根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机和/或超低空无人机； [0012] 若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索； [0013] 其中，各目标包括已查明目标和待查目标，所述搜索顺序基于预设路径优化算法确定或由用户指定，高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点以保障中空无人机的通信需求，中空无人机在搜索时作为通信中继以保障低空空域无人机的通信需求。 [0014] 第二方面，提供一种面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同系统，所述系统包括： [0015] 处理模块，用于根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列； [0016] 第一生成模块，用于根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区； [0017] 第二生成模块，用于根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区； [0018] 第三生成模块，用于根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区； [0019] 确定模块，用于根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机和/或超低空无人机； [0020] 引导模块，用于若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索； [0021] 其中，各目标包括已查明目标和待查目标，所述搜索顺序基于预设路径优化算法确定或由用户指定，高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点以保障中空无人机的通信需求，中空无人机在搜索时作为通信中继以保障低空空域无人机的通信需求。 [0022] 通过应用以上技术方案，根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列；根据各目标的空间分布对栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区；根据各受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区；根据任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在任务区中生成多个作业区；根据作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定作业区中与各目标匹配的低空空域无人机；若任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索，从而实现异构无人机集群的统一任务引导与作业管理，提高了压埋生命目标的识别与状态分析工作效能，提高了搜救工作的效率。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0024] 图1示出了本发明实施例提出的面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法的流程示意图； [0025] 图2示出了本发明实施例中将灾区空间进行栅格化处理后的示意图； [0026] 图3示出了本发明实施例中受灾片区的生成过程示意图； [0027] 图4示出了本发明实施例中多个任务区的生成过程示意图； [0028] 图5示出了本发明实施例中多个任务区的效果示意图； [0029] 图6示出了本发明实施例中作业区的生成过程示意图； [0030] 图7示出了本发明实施例中多个作业区的效果示意图； [0031] 图8示出了本发明实施例中对作业区中各目标分配低空空域无人机的过程示意图； [0032] 图9示出了本发明实施例提出的面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同系统的结构示意图。具体实施方式 [0033] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0034] 本申请实施例提供一种面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同方法，无人机集群包括高空无人机(任务高度一般在7000～18000m)、中空无人机(任务高度一般在1000～7000m)，低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机(任务高度一般在100～1000m)和/或超低空无人机(任务高度一般在0～100m)。如图1所示，该方法包括以下步骤： [0035] 步骤S101，根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列。 [0036] 本实施例中，灾情发生后，需要先获取初步灾情信息。可基于卫星获取灾区的遥感数据，或通过高空无人机对整个灾区范围巡飞后获取全域影像数据，然后通过人工智能或图像识别算法对遥感数据或全域影像数据处理，对受灾区域进行识别、提取和标注后确定初步灾情信息。在初步灾情信息的基础上，可对无人机集群的派遣力量进行编成与配置。其主要包括派遣无人机类别以及不同类别无人机的数量规模。之后可与无人机控制系统建立交联控制关系，引导各类型无人机其开展灾区侦察任务。 [0037] 然后根据初步灾情信息确定灾区空间以及分布在灾区空间中的多个目标，该目标可包括已查明目标和待查目标，已查明目标可以为封困、压埋人员信息，待查目标可以为建筑受损及倒塌信息。灾区空间范围相对较大。在灾害发生后，受损建筑或受灾点分布在灾区不同位置。同时，由于灾区内各种重点对象分布情况较为复杂，例如：学校、医院、重要生命线设施对象等。针对这些对象需要建立持续监测。因此，需要将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列，其中，将灾区空间进行栅格化处理的具体过程为现有技术，在此不再赘述。 [0038] 如图2所示为将灾区空间进行栅格化处理后的示意图，图2中的深色区域为受灾区域，受灾区域中的目标包括已查明目标1和待查目标2。 [0039] 为了进一步提高灾区搜索效率，在本申请一些实施例中，设栅格队列中每个栅格为grid，每个目标为target，则： [0040] grid＝{ID1,WNPt,SEPt,CPt,W,H}； [0041] target＝{ID2，geoCode，GPS，area，Ttype，Tprop，clevel，createTime，isValid}，Tprop＝{objType，manCount，isFoucs}； [0042] 其中，ID1为栅格的标识，WNPt为栅格西北角顶点坐标，SEPt为栅格东南角顶点坐标，CPt为栅格中间点坐标，W和H分别为栅格的宽度与长度，ID2为目标的标识，geoCode为目标中心点所处栅格的编码，GPS为目标的中心点位置，area为目标的面积，Ttype为目标的性质，Tprop为目标的基本属性，clevel为目标受灾破坏等级，createTime为目标创建时间，isValid为目标是否为有效目标，objType为目标的类别、manCount为目标压埋的人员数量、isFoucs为目标是否为重点关注目标，Ttype的取值为confirmed或waitConfirm，confirmed表示当前目标为已查明目标，waitConfirm表示当前目标为待查目标。 [0043] 本申请具体的应用场景中，灾区空间TArea＝{{gridij\|i＝1，2，....n j＝1，2，....m}，{targetk\|k＝1，...p}}； [0044] 灾区空间由一组二维栅格grid与目标集合构成，grid为一个矩形区域，W,H取值为定值(例如：W＝50米、W＝50米)。将灾区空间进行栅格化处理后可为后续多源数据提供索引、质量校验以及融合处理等支撑。 [0045] ID1和ID2均为全局唯一标识。 [0046] 本领域技术人员可根据实际需要采用不同的内容对栅格和目标进行定义，不同的定义方式不影响本申请的保护范围。 [0047] 步骤S102，根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区。 [0048] 本实施例中，随着灾情的发展，目标分布在灾区较大范围内，从提高资源利用效率的角度出发，对目标的分布进行空间聚类分析形成受灾片区。将受灾片区作为无人机作业指挥与任务引导的依据。 [0049] 为了准确的生成多个受灾片区，在本申请一些实施例中，根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区，如图3所示，具体包括以下步骤： [0050] 步骤S201，选择一个目标作为当前目标，提取当前目标和当前目标所在的当前栅格； [0051] 步骤S202，判断与当前栅格相邻的第一栅格中是否存在目标，若是执行步骤S203，否则执行步骤S204； [0052] 步骤S203，将当前栅格与第一栅格聚合成当前受灾片区，执行步骤S205； [0053] 步骤S204，将当前栅格确定为新的受灾片区，执行步骤S208； [0054] 步骤S205，判断与第一栅格相邻的第二栅格中是否存在目标，若是执行步骤S206，否则执行步骤S207； [0055] 步骤S206，将第二栅格聚合到当前受灾片区，并将第二栅格作为新的第一栅格，执行步骤S205； [0056] 步骤S207，将当前受灾片区确定为新的受灾片区，执行步骤S208； [0057] 步骤S208，判断是否存在未被划分到受灾片区的目标，若是执行步骤S201，否则执行步骤S209； [0058] 步骤S209，将新的受灾片区存储到片区集合。 [0059] 本实施例中，根据目标的所处栅格检索其临近的栅格，如果其临近栅格存在其他目标，则将当前栅格与该临近栅格聚合。将多个栅格聚合的结果作为一个受灾片区存储在片区集合中。 [0060] 在本申请具体的应用场景中， [0061] TBlocks＝{TBlocki\|i＝1，2，......p} [0062] TBlock＝{ID，{(gridj，{Target1\|1＝1，2，..x})\|j＝1，2，…y}}[0063] grid，Target∈TArea [0064] 其中，受灾片区为TBlock，片区集合为TBlocks。 [0065] 需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据各目标的空间分布对栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区的方式均属于本申请的保护范围。 [0066] 由于目标分布的不确定性，受灾片区的面积可能过大或者过小，为了使受灾片区的大小更加合理，在本申请一些实施例中，在根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区之后，所述方法还包括： [0067] 在接收到用户对指定受灾片区的拆分指令时，将指定受灾片区拆分为新的受灾片区并存储到片区集合； [0068] 在接收到用户对至少两个指定受灾片区的聚合指令时，将各指定受灾片区聚合为新的受灾片区并存储到片区集合。 [0069] 本实施例中，可根据用户的指令对异常大小的受灾片区进行拆分或聚合，使受灾片区的大小更加合理。 [0070] 步骤S103，根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区。 [0071] 本实施例中，高空无人机可以为大型固定翼无人机，机体较大，具备高空长时巡航能力。同时搭载通信载荷，作为整个灾区通信核心节点，为下层无人机的数据交换与传输提供带宽，通过高空无人机采集的广域灾区数据，实现大尺度灾害信息的获取。 [0072] 在高空无人机的任务组织过程中，其主要根据受灾片区的面积和空间分布，创建任务区。确保高空无人机的覆盖能力能有效覆盖各个任务区的范围，以保证任务区内的可靠通信。 [0073] 为了准确的生成任务区，在本申请一些实施例中，各所述受灾片区存储在片区集合中，根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区，具体为： [0074] 若各所述受灾片区在空间上的总聚合面积不大于与高空无人机的覆盖能力对应的第一面积，基于各所述受灾片区生成一个任务区； [0075] 若所述总聚合面积大于所述第一面积且存在面积大于所述第一面积的第一受灾片区，在片区集合中将所述第一受灾片区分割为多个面积均不大于所述第一面积的受灾片区，以使片区集合转换为待处理片区集合； [0076] 若所述总聚合面积大于所述第一面积且不存在所述第一受灾片区，将片区集合作为待处理片区集合； [0077] 将待处理片区集合中所有受灾片区作为第二受灾片区，根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区； [0078] 其中，所述第一面积由高空无人机的通信覆盖面积确定。 [0079] 本实施例中，从片区集合中计算每个受灾片区的面积，并确定各受灾片区在空间上的总聚合面积，若总聚合面积不大于与高空无人机的覆盖能力对应的第一面积，说明高空无人机的覆盖能力可同时满足各个受灾片区的需求，因此，可将各受灾片区在空间上进行聚合，生成一个任务区； [0080] 若总聚合面积大于第一面积，说明高空无人机的覆盖能力无法同时满足各个受灾片区的需求，需要生成多个任务区，并将片区集合中面积大于第一面积的第一受灾片区分割为多个面积均不大于第一面积的受灾片区，将片区集合转换为待处理片区集合，然后根据待处理片区集合的各第二受灾片区的面积和空间分布以及第一面积生成多个任务区。可以理解的是，各个第二受灾片区的面积均不大于第二面积。 [0081] 可选的，第一面积为πradius2，radius为高空无人机的通信保障覆盖半径。 [0082] 在具体的应用场景中，在片区集合中对所述第一受灾片区进行分割可表示为： [0083] [0084] 待处理片区集合为TBlocks’，第二受灾片区为其中TBlock’，其中： [0085] TBlock′∈TBlocks',Sqrt(TBlock')≤πraduis2； [0086] 任务区TaskArea的定义如下： [0087] TAs＝{TaskAreak\|k＝1，2，…p} [0088] TaskArea＝{TBlock'o\|o＝1，2，…x}，TBlock'o∈TBlcoks'。 [0089] 为了准确的生成多个任务区，在本申请一些实施例中，根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及所述第一面积生成多个任务区，如图4所示，具体包括以下步骤： [0090] 步骤S301，将待处理片区集合中各第二受灾片区按面积大小进行排序，并提取面积最小的第二受灾片区作为当前片区，并将距离所述当前片区最近的第二受灾片区作为待定片区，确定所述当前片区和所述待定片区在空间上的第一聚合面积； [0091] 步骤S302，判断所述第一聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤S304，否则执行步骤S303； [0092] 步骤S303，将所述待定片区放入与所述当前片区对应的当前任务区，并将所述待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤S306； [0093] 本步骤中，与所述当前片区对应的当前任务区是预先创建的，在确定第一聚合面积不大于所述第一面积后，先判断是否存在该当前任务区，若不存在，则创建该当前任务区。 [0094] 步骤S304，判断待处理片区集合中是否存在未处理的第二受灾片区，若是执行步骤S305，否则执行步骤S310； [0095] 步骤S305，将距离所述当前片区次近的第二受灾片区作为新的待定片区，并基于当前片区和新的待定片区确定新的第一聚合面积，执行步骤S302； [0096] 步骤S306，继续从待处理片区集合中确定新的待定片区，并确定新的待定片区与当前任务区中各第二受灾片区在空间上的第二聚合面积； [0097] 步骤S307，判断第二聚合面积是否大于所述第一面积，若是执行步骤S309，否则执行步骤S308； [0098] 步骤S308，将新的待定片区放入所述当前任务区，并将新的待定片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤S306； [0099] 步骤S309，将所述当前片区从待处理片区集合中剔除，执行步骤S301； [0100] 步骤S310，将各任务区存储到任务区集合。 [0101] 如图5所示，划分处理多个任务区4，每个任务区4中包括一个或多个受灾片区3。 [0102] 可选的，在将各任务区存储到任务区集合之后，所述方法还包括： [0103] 在接收到用户输入的修改指令时，添加新任务区或删除指定任务区。 [0104] 需要说明的是，以上实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据各第二受灾片区的面积和空间分布以及第一面积生成多个任务区的方式均属于本申请的保护范围。 [0105] 步骤S104，根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区。 [0106] 本实施例中，由于高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点，以保障中空无人机的通信需求，中空无人机需要在任务区下的各个作业区进行中尺度灾情数据搜索，根据任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在任务区中生成多个作业区。 [0107] 为了准确的生成多个作业区，在本申请一些实施例中，根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区，如图6所示，具体包括以下步骤： [0108] 步骤S401，根据当前任务区中全部目标与其他目标之间的距离生成第一距离矩阵； [0109] 步骤S402，根据所述第一距离矩阵中两个距离最短的当前目标创建一个当前作业区，并将两个当前目标放入当前作业区的目标队列，将两个当前目标标记为已处理过； [0110] 步骤S403，从当前任务区中确定与当前作业区中各目标在空间上距离最近的一个最近目标，并将最近目标与当前作业区进行空间聚合，形成分布区； [0111] 步骤S404，判断分布区中任意两个目标之间的距离是否大于与中空无人机的覆盖能力对应的第一距离，若是执行步骤S406，否则执行步骤S405，其中，所述第一距离由中空无人机的通信覆盖范围确定； [0112] 步骤S405，将最近目标加入当前作业区，并将最近目标标记为已处理过，判断所述任务区中是否存在未处理过的目标，若是执行步骤S403，否则执行步骤S406； [0113] 步骤S406，将当前作业区作为新的作业区并存储，执行步骤S407； [0114] 步骤S407，判断所述任务区中是否存在未处理过的目标，若是执行步骤S402，否则执行步骤S408； [0115] 步骤S408，将各作业区形成队列输出。 [0116] 本实施例中，第一距离可以为2rm，，rm为中空无人机的通信保障覆盖半径，因此，2 中空无人机的通信覆盖范围可为πrm。 [0117] 在具体的应用场景中，作业区中目标集合如下： [0118] jobTargets＝{targeti\|i＝1，2，…n}，target∈TBlock′，TBlock′∈TaskArea[0119] 第一距离矩阵为： [0120] jobRMx＝{dij\|i＝1，2，..n，j＝1，2，.....n} [0121] dij＝dist(targeti，targetj)，i≠j [0122] 作业区的定义如下： [0123] jobArea＝{targetj\|j＝1，2，...m}，targetj∈jobTarget [0124] dist(target1，targetk)＜2rm，target1∈jobArea，targetk∈jobArea。 [0125] 如图7所示，单个任务区4中包括多个作业区5。 [0126] 步骤S105，根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机。 [0127] 本实施例中，在生成各任务区和各作业区后，即可在空中建立了可靠的通信保障链路。其能够根据引导对特定区域形成有效覆盖。在这一情况下，可以根据作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量为各目标确定分配低空空域无人机，以开展更加精确的小尺度搜索作业。 [0128] 为准确的进行低空空域无人机的分配，在本申请一些实施例中，根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，如图8所示，具体包括以下步骤： [0129] 步骤S501，根据当前作业区中各目标的面积和低空空域无人机完成单位面积搜索消耗的能力确定搜索能力消耗向量。 [0130] 步骤S502，根据当前作业区中全部可用低空空域无人机与各目标之间的距离、当前作业区中各目标的数量和各低空空域无人机的数量生成第二距离矩阵。 [0131] 步骤S503，从当前作业区的全部可用低空空域无人机中选定一个无人机作为当前无人机，根据所述搜索能力消耗向量和所述第二距离矩阵确定当前无人机分别与当前作业区中各目标的能力消耗集合。 [0132] 步骤S504，所述能力消耗集合中的最小能力消耗是否与当前无人机的留存电量匹配，若是执行步骤S506，否则执行步骤S505。 [0133] 步骤S505，选定下一个可用无人机作为新的当前无人机，执行步骤S503。 [0134] 步骤S506，将与所述最小能力消耗对应的目标分配给当前无人机，并将当前无人机分配到当前作业区，并变更当前无人机的可用状态。 [0135] 步骤S507，当前作业区中的所有目标均已分配低空空域无人机，若是执行步骤S508，否则执行步骤S503。 [0136] 步骤S508，输出低空空域无人机对当前作业区的搜索作业方案。 [0137] 在本申请具体的应用场景中，设定一个jobArea中具有m个目标Target： [0138] joArea＝{targetj\|j＝1，2，...m}； [0139] 设定当前可用低空空域无人机UAVL的数量为n： [0140] UAVLs＝{UAVLk\|k＝1，2，....n} [0141] 搜索能力消耗向量为： [0142] capCost＝{cj\|j＝12，.....m} [0143] cj＝cost(targetj，UAVTStd)，targetj∈jobArea，cost为计算函数，UAVLStd为低空空域无人机完成单位面积搜索消耗的能力； [0144] 第二距离矩阵为： [0145] dist＝[djk]1≤j≤m1≤k≤n； [0146] 能力消耗集合CKj＝cj+djk。 [0147] 步骤S106，若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索。 [0148] 本实施例中，在存在多个任务区时，高空无人机根据搜索顺序依次完成各个任务区的巡飞，该搜索顺序可由预设路径优化算法确定，如Dijkstra算法、A*算法等，也可由用户根据实际需要指定。 [0149] 先引导高空无人机对当前任务区进行搜索，然后调动引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，同时，根据高空无人机、中空无人机和低空空域无人机发回的搜索数据实时或定期对灾区空间的栅格队列进行更新，在完成全部任务区的搜索后，根据栅格队列的变化重新执行步骤S102‑S106，直至搜索结束。 [0150] 可选的，用户可以根据中空无人机的数量选择多中空无人机协作，每个中空无人机负责一个作业区或选择一个中空无人机覆盖多个作业区。 [0151] 可以理解的是，若任务区为一个，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，同时，根据高空无人机、中空无人机和低空空域无人机发回的搜索数据实时或定期对灾区空间的栅格队列进行更新。 [0152] 为了更加准确的进行灾区搜索，在本本申请一些实施例中，所述方法还包括： [0153] 在引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机对各任务区进行搜索的过程中，分别收集高空无人机、中空无人机和低空空域无人机传回的搜索数据，根据搜索数据对灾情数据进行迭代更新，在完成对各任务区的多波次的搜索后，获得最终灾情数据，以使地面救援人员根据最终灾情数据进行地面救援作业； [0154] 其中，搜索数据包括影像数据、手机信号采集数据和生命信号采集数据。 [0155] 本实施例中，在目标驱动的基础上，形成任务编成与无人机配置。使得无人机在开展搜索作业的同时，确保信息的有效传递，满足应急指挥的整体要求。根据不同类型无人机传回的多层次的搜索数据对灾情数据进行迭代更新，逐步确定更加准确的灾区空间和各个目标，由于灾区及灾情的复杂性，需要利用无人机集群对各任务区进行多波次的搜索，并确定最终灾情数据，以使地面救援人员根据最终灾情数据进行地面救援作业。 [0156] 搜索数据可包括影像数据、手机信号采集数据和生命信号采集数据，其中，影像数据由遥感、航拍等手段获取灾区可见光\红外影像数据，通过这一类数据利用人工智能等手段可实现灾情信息以及相关对象的提取；手机信号采集数据是利用信号采集设备对灾区广域范围内手机信号进行采集，通过该数据实现人员位置信息提取以及人员聚集区域的识别；生命信号采集数据为生命探测雷达对现场特定建筑物、空间体内人员信息扫描结果回传数据。 [0157] 可选的，搜索数据还可包括WiFi信号数据，灾情数据中还包括基础地理数据，该基础地理数据提供灾区基本地形地貌、建筑分布、人口分布、重点目标建筑及设施对象等信息。 [0158] 在本申请具体的应用场景中，搭建灾区搜索整体处理框架，该框架主要分为灾后响应与救援搜索两个部分构成，其中： [0159] 灾后响应：根据灾情警报接口值守收到的灾情信息等级判断，启动任务框架。在这一阶段，由于灾区现场灾情信息尚未回传给后台。因此，需要在有效信息的基础上结合评估分析结果，确定无人集群派遣力量的构成以及作业区域的概要划分。在任务启动后，首先根据灾情警报要素确定灾区整个空间范围。在这一基础上，根据星历检索过顶卫星，通过天基情报引接链路获取遥感影像数据。通过人工智能等工具对灾区受损区域进行提取、识别与标注。在受灾区域分布信息的基础上，对无人机集群的派遣力量进行编成与配置。其主要包括派遣无人机类别以及不同类别无人机的数量规模。完成上述工作后，与无人机控制系统建立交联控制关系，将前述提取的受损区域信息发送给任务系统，引导其开展灾区侦察任务； [0160] 救援搜索：无人机集群根据前述引导信息抵达灾区现场后，根据各自的任务编成信息开展作业。在这一过程中，利用大型长航无人机(即高空无人机)提供灾区整体监控与通信交换核心的功能支撑；利用中型无人机(即中空无人机)对局部区域建立监控与通信保障；利用小型无人机(即低空空域无人机)形成蜂群，对重点建筑目标及受灾点位进行精确扫描，获取压埋人员信息，形成压埋点目标的识别与定位。由于灾区及灾情的复杂性，需要组织无人机以多个波次的方式对各种目标\点位进行扫描与搜索，形成的灾情信息经过不断迭代后最终形成能够引导地面救援作业的准确情报成果。同时，在救援开展过程中，对重点局部区域提供实时影像监控及通信保障支撑。 [0161] 在上述过程中当作业完毕后，无人机根据控制指令回收，框架对无人机的任务状态进行跟踪与维护，结合灾情与无人机可用资源进行调度，确保无人机的有效使用。 [0162] 通过应用以上技术方案，根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列；根据各目标的空间分布对栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区；根据各受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区；根据任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在任务区中生成多个作业区；根据作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定作业区中与各目标匹配的低空空域无人机；若任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索，从而实现异构无人机集群的统一任务引导与作业管理，提高了压埋生命目标的识别与状态分析工作效能，提高了搜救工作的效率。 [0163] 本申请实施例还提出了一种面向多源灾情数据融合的无人机集群任务协同系统，如图9所示，所述系统包括： [0164] 处理模块100，用于根据预先获取的初步灾情信息确定灾区空间和分布在灾区空间中的多个目标，将灾区空间进行栅格化处理并形成包括多个二维栅格的栅格队列； [0165] 第一生成模块200，用于根据各目标的空间分布对所述栅格队列进行空间聚类分析并生成多个受灾片区； [0166] 第二生成模块300，用于根据各所述受灾片区的面积和空间分布以及高空无人机的覆盖能力生成一个或多个任务区； [0167] 第三生成模块400，用于根据所述任务区中各目标之间的距离和中空无人机的覆盖能力在所述任务区中生成多个作业区； [0168] 确定模块500，用于根据所述作业区中各目标的面积、数量和空间分布以及各低空空域无人机的数量和留存电量确定所述作业区中与各目标匹配的低空空域无人机，其中，低空空域无人机为低空无人机和/或超低空无人机； [0169] 引导模块600，用于若所述任务区为多个，根据搜索顺序确定当前任务区，引导高空无人机对当前任务区进行搜索，并引导中空无人机对当前任务区下的各当前作业区进行搜索，并引导低空空域无人机对各当前作业区下与自身匹配的目标进行搜索，直至完成对当前任务区的搜索后，将下一个任务区作为新的当前任务区，引导高空无人机、中空无人机和低空空域无人机进入新的当前任务区进行搜索； [0170] 其中，各目标包括已查明目标和待查目标，所述搜索顺序基于预设路径优化算法确定或由用户指定，高空无人机在搜索时构建组网核心交换节点以保障中空无人机的通信需求，中空无人机在搜索时作为通信中继以保障低空空域无人机的通信需求。 [0171] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。