摘要： 对于地震等自然灾害， 及时高效的灾后救援十分重要， 无人机能在救援行动中发挥重要作用。 本文针对无人机的优化运用， 探讨了有关无人机的几个问题。

针对第一个问题，要求在给定时间内对指定区域 3000 米以下的部分进行巡
查。 先通过 MATLAB 绘图功能实现问题的可视化，找到待搜索区域； 由于飞机
高度恒定为 4200m，需要躲避高于 4200m 的部分的障碍，并且要求路线尽可能
短，以此为条件， 使用避障 A 星算法， 规划从出发点到待搜索区域的路径； 再根
据实际情况，在每个重点区域范围内规划相应路径。 结合避障 A 星算法和搜索
区域内部规划方法，得到无人机的数量和每架无人机的规划路程。一共派出 6 架
无人机，覆盖率达到 84.38%， 每架无人机路线都在图中有所体现。进一步地， 要
求每 3 小时对巡逻点至少进行两次巡逻，根据无人机飞行时间， 分析出最多同时
有三轮无人机飞行。根据平均扫描带宽计算出无人机的数量为 45 架， 合理划分
区域并设计路线。
对于问题二，共派出 30 架无人机，使用无人机携带生命探测仪搜索海拔 3000
米以下的生命迹象，探测仪的有效探测距离最大 1000 米。 设计让无人机在较稳
定高度范围内飞行，按照高度区间把待搜索范围进行分层，每层分别指派无人机
进行搜索。 对每层的待搜索区域，用骨骼提取算法提取出大致的路线计算出路线
总长度，再将若干条断开的路线用最短的方式连起来，用规划模型确定最短时间，
得到无人机完成生命探测工作的最短时间为 5.282 小时。文章还介绍了用 nurbs
曲线进行轨迹平滑的方法。
对于第三个问题， 为解决灾区通信中断问题， 为 72 个地面移动终端分别分
配一架无人机以完成通信任务， 以这 72 架无人机所在位置为圆心作出半径为
3km 的圆形，对于无人机中间不能通信的部分添加中继无人机。 无人机在直径为
2 千米的圆形内移动时， 能满足无人机和通信终端不超过 3 千米的要求，如果相
邻无人机之间距离不大于 2km， 两者可以共用一架无人机。最后求出无人机的数
量为 97 架。
针对问题四， 对公式里的参数进行分析， 得到距离、 飞行速度和传输速率之
间的关系。在给定速度和高度的情况下， 算出每个移动终端的传输数据量，对传
输数据量小于 500M 的移动终端，合理增加无人机与该终端的传输时间。 用 Kmeans 算法对 72 个终端进行聚类分析，将终端分为 3 类。用遗传算法找到各无
人机的最短路径，求出各自需要的时间， 包括增加的时间， 3 个时间的最大值为
6.46h，故总时间为 6.46h。
关键词： 无人机 A 星避障算法 通信中继 遗传算法 最优路径

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