[發明專利]考慮目標走向與能源補給的無人設備路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910513985.0
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110146103B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 李龍江;范鵬輝;梁昊陽
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種考慮目標走向與能源補給的無人設備路徑規劃方法，應用于無人設備的路徑規劃領域，針對現有技術中未考慮無人設備在中途能源能量站進行能源補充的問題，本發明首先建立起包含源節點和目標節點以及中間能源補給節點的網絡拓撲圖，并將路徑約束條件歸一化為點和邊的權值，并且根據目的節點的能源約束條件及未來目標節點走向，計算源節點和目標節點之間的最優路徑，從而簡化無人設備的路徑規劃過程，降低無人設備的運行成本。

技術領域

本發明屬于無人設備的路徑規劃領域，特別涉及一種考慮目標走向及能源補給的無人設備路徑規劃技術。

背景技術

智能無人設備是物聯網時代的重要組成部分，而其路徑規劃問題是其發展需要解決的關鍵問題之一。無人設備在完成既定任務的時候，需要經過多個中間節點，所經過的路徑選擇往往是多樣化的，不唯一的，而且不同的路徑有著不同的執行時間、消耗的能源也不一樣，這就需要無人設備在滿足系統所限定要求和條件下，考慮路徑的約束條件，尋找最優路徑，這也是智能設備移動的前提。比如在搶險救災中，由于對短時間和低時延的要求比較高，無人設備在各個目標點之間移動，如何利用最小的代價到達被救目標區域，并且實時把數據傳回控制中心是需要考慮的問題。因此，不少學者對最優化路徑規劃問題也做了研究。

根據現有的文獻檢索發現，在路徑規劃問題中，雖然有很多路徑規劃的算法，但是大多只是考慮了移動路徑邊的權值，并沒有考慮中間節點的權值，也就是說沒有考慮無人設備在中途能源能量站進行能源補充這一現實問題，也沒有考慮未來目標走向及路徑和中間節點在現實中諸多具體問題，比如說由于路況不同，通過每條路徑的速度不同，每個能源補充站節點的排隊時間以及能源價格不同等，實際中的這些情況都會影響對無人設備的路徑規劃，同時已有的算法還存在著模型復雜度高，算法收斂速度慢等很多實際的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種考慮能源補給的無人設備輕量級路徑規劃方法，考慮現實中的車輛移動模型，提出了一種綜合考慮車輛在行駛過程中的速度，能源補充時間，能源價格等節點損耗因素，實現最優移動方案的策略。

本發明采用的技術方案為：考慮能源補給的無人設備輕量級路徑規劃方法，包括：

S1、根據目標走向序列窗口建立能源補給節點集合，根據能源補給節點集合構建第一拓撲圖；

S2、將目標走向序列窗口中的源節點與所有目標節點擴充到第一拓撲圖中，得到第二拓撲圖；

S3、對第二拓撲圖進行權值更新；

S4、根據步驟S3權值更新后的拓撲圖，采用走向逆推算法計算源節點到當前目標節點的最佳路徑；

S5、前進到當前目標節點，若當前目標節點為全局最終目標節點，則結束；否則以當前目標節點作為新的源節點，計算源節點到下一個目標節點的最佳路徑。

進一步地，考慮金錢花費對步驟S3所述權值進行更新：

根據兩個能源補充節點之間的路程費用單價更新該兩個能源節點之間的金錢花費權值，根據源節點與相鄰能源補充節點之間的路程費用單價更新源節點與該相鄰的能源補充節點之間的金錢花費權值，根據目標節點與相鄰能源補充節點之間的路程費用單價更新目標節點與該相鄰的能源補充節點之間的金錢花費權值，根據無人設備對應的設備能源最大容量、能源補充節點對應的能源單價以及在該能源補充節點需要補充的能量，更新該能源補充節點的金錢花費權值。

進一步地，考慮時間花費對步驟S3所述權值進行更新：根據兩個能源補充節點之間的路程通過時間更新該兩個能源節點之間的時間權值，根據源節點與相鄰能源補充節點之間的路程通過時間更新源節點與該相鄰的能源補充節點之間的時間權值，根據目標節點與相鄰能源補充節點之間的路程通過時間更新目標節點與該相鄰的能源補充節點之間的時間權值，根據無人設備對應的能源最大容量、能源補充節點的補充能源速度以及在該能源補充節點需要補充的能量，更新該能源補充節點的時間權值。