[發明專利]多智能體協同任務分配方法

有效

• 申請號: 201911226009.3
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN111311049B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 趙奕鑫;陸麟鑫;劉丁翔;何青
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06N3/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種多智能體協同任務分配方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1、在考慮智能體航程約束和能力約束的條件下建立任務空間集合模型，然后分別針對突防任務和探測任務進行效能分析；具體步驟為：

步驟1-1、建立任務空間集合模型，包括智能體集合、任務集合、任務約束類型集合；

所述智能體集合為U＝{U₁，U₂，...，U_n}，U為有限集合；

智能體要分配的任務集合為T＝{T₁，T₂，...，T_n}；

智能體i自身的約束條件為：R_i＝{D_i，H_i}，D_i表示智能體i的航程約束，H_i表示智能體的能力約束；

任務約束類型集合為：F_i＝{A_i，P_i，S_i}，其中，A_i表示第i個任務是打擊任務，P_i表示第i個任務是突防任務，S_i表示第i個任務是偵察任務；

步驟1-2、對突防任務進行分析，假設某次突防中共有T個任務載荷與D個誘餌，防御系統對此T+D個目標進行識別，并對其中認為危險的N個目標發射毀傷設備攔截，假設敵方防御系統對任務載荷的識別概率為P，任務載荷數目為T，則最終突破敵方防御的任務載荷數目的期望為：E(T)＝T*(1-P)，將E(T)視為突防效能評價的指標值；

步驟1-3、對探測任務進行分析，其基準為：

(1)無人機對區域進行探測的過程中，無人機的飛行軌跡應沒有重復；

(2)建立收益函數模型為：

其中，N_U是無人機數量，N_A是目標區域數量；X_(k，i)表示第k個無人機是否對第i個目標進行探測，為1表示有，為0表示無；S_i表示第i個目標區域的面積，Pr_tg表示類型為T_g的傳感器對探測任務為G_g的目標區域的探測收益系數；{T₁，T₂，…T_n}表示傳感器類型集合，{G₁，G₂，…G_m}表示探測任務類型集合；

步驟2、分析任務分配的約束條件，即分別分析時間約束條件和類型約束條件；

步驟3、建立任務分配函數模型，即根據上述條件建立智能體協同任務分配目標函數模型；

步驟4、利用遺傳算法確定基于收益最大化的任務分配方法。

2.根據權利要求1所述的多智能體協同任務分配方法，其特征在于，步驟2中分析時間約束條件和類型約束條件具體為：

步驟2-1、時間約束：對于任意給定的任務T_i，智能體U_i如果分配到該任務，則智能體必須在給定的時間窗口[ETime(T_i)，LTime(T_i)]到達任務區才可以完成任務，其中ETime(T_i)是智能體到達給定任務區的最早時間，LTime(T_i)是智能體到達給定任務區的最晚時間；

步驟2-2、類型約束，包括智能體自身的類型約束和任務自身的類型；

所述智能體自身的類型約束包括兩種構型：具備執行偵察任務能力的智能體，具備執行突防任務能力的智能體可以拋灑誘餌或者配備了干擾機；

任務自身的類型，智能體類型只有與任務類型相匹配才能執行該任務。

3.根據權利要求1所述的多智能體協同任務分配方法，其特征在于，步驟3中建立智能體協同任務分配目標函數模型為：

max[f₁(X)-f₂(X)]

式中，f₁(X)為智能體完成任務得到的收益；f₂(X)為智能體完成任務付出的代價。

4.根據權利要求1所述的多智能體協同任務分配方法，其特征在于，步驟4中利用遺傳算法確定基于收益最大化的任務分配方法，具體步驟為：

步驟4-1、對多智能體協同任務分配進行整數編碼，將整形決策矢量映射成染色體，決策變量映射成基因位，染色體用一維非負數組表示，默認第i個基因位對應第i枚智能體，基因值為智能體被分配的任務序號；編碼時若不滿足約束則編碼無效，進行重新編碼，直到編碼滿足所有的約束規則；

步驟4-2、采用選擇算子計算出群體中每個個體的適應度f(x_i)(i＝1，2，...，M)，M為種群大小；對所有個體進行排序，選擇適應度最高的個體進行復制，取代群體中適應度最低的個體；

步驟4-3、采用交叉算子，選取一個父染色體，隨機選取小于M的兩個不同隨機數，并將兩個隨機數代表的基因位之間的基因倒序排列，從而完成交叉工作；

步驟4-4、采用變異算子，采用隨機選取兩個相鄰基因位互換基因值的方法進行變異操作；

步驟4-5、建立適應度函數，函數為fitness＝w1×G_d+w2×G_p，其中G_d代表探測收益，也即分配去執行探測任務的智能體的探測能力系數之和；G_p代表突防收益，也即成功突防子任務載荷數目的期望，w1，w2為系數。