[發明專利]面向地震災后快速評估的多無人機路徑優化方法

有效

• 申請號: 202010084460.2
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111310992B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 楊善林;朱默寧;羅賀;王國強;胡笑旋;靳鵬;夏維;馬華偉;唐奕城
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

1.一種面向地震災后快速評估的多無人機路徑優化方法，其特征在于，所述方法包括：

確定受災區域內需要快速評估的多個建筑物的建筑物坐標及其權重；

獲取訪問所述受災區域的異構多無人機的數量，以及每架所述無人機的相關參數；所述相關參數包括：無人機編號、續航時間、飛行速度和/或最小轉彎半徑；

設置所述無人機的航向角離散度，并基于所述無人機的航向角離散度確定所述無人機的多個航向角；

獲取所述無人機的站點的站點坐標；

基于所述建筑物坐標、站點坐標以及每架所述無人機的相關參數確定每架所述無人機各自所能訪問的建筑物；

建立所述多無人機的變收益杜賓團隊定向問題MU-DTOP-VP模型；

采用所述MU-DTOP-VP模型，根據每個建筑物的建筑物坐標及其權重、每架無人機的續航時間及其所能訪問的建筑物，獲取所述多無人機執行快速評估任務的一個初始路徑規劃方案；

采用模擬退火算法對所述初始路徑規劃方案進行優化以獲得每架所述無人機的訪問任意一個或多個所述建筑物的最優路徑規劃方案；

基于所述建筑物坐標、站點坐標以及每架所述無人機的相關參數確定每架所述無人機各自所能訪問的建筑物之前，還包括：

計算在所有航向角下，每架無人機從所述站點到每個建筑物的第一飛行時長，并使用三維矩陣進行存儲，記做出發矩陣；

計算在所有航向角下，每架無人機從每個建筑物到站點的第二飛行時長，并使用三維矩陣進行存儲，記做返回矩陣；

計算在所有航向角下，每架無人機在所有建筑物之間的第三飛行時長，并使用三維矩陣進行存儲，記做目標到目標矩陣；

采用所述MU-DTOP-VP模型，根據所述每個建筑物的建筑物坐標及其權重、每架無人機的續航時間及其所能訪問的建筑物，獲取所述多無人機執行快速評估任務的一個初始路徑規劃方案，包括：

采用所述MU-DTOP-VP模型，根據所述每個建筑物的建筑物坐標及其權重、每架無人機的續航時間及其所能訪問的建筑物、所述出發矩陣、所述返回矩陣以及所述目標到目標矩陣，獲取所述多無人機執行快速評估任務的一個初始路徑規劃方案；

所述MU-DTOP-VP模型的目標函數采用公式(1)來表示：

其中，i為建筑物的編號，w_i為建筑物i的權重，p_k為第k架無人機所攜帶傳感器的探測誤差，k為無人機編號，K為無人機的數量，為第k架無人機訪問建筑物i的次數，N為所述建筑物的數量，Max為最大值函數；

所述MU-DTOP-VP模型的約束條件采用公式(2)至(5)來表示：

其中，為第k架無人機從站點到建筑物i的決策變量，為第k架無人機從建筑物j到站點的決策變量，0表示無人機的站點，U為無人機的集合；為第k架無人機從建筑物h到建筑物i的決策變量，為第k架無人機從建筑物i到建筑物j的決策變量，為第k架無人機訪問建筑物i的次數，T為建筑物的集合；為第k架無人機從建筑物i到建筑物j的飛行時間，為第k架無人機的最大安全續航時長；

公式(5)為二元決策變量的取值，當為1時表示第k架無人機選擇了從建筑物i到建筑物j的路徑，當為0時表示第k架無人機沒有選擇這條路徑。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，設置所述無人機的航向角離散度，并基于所述無人機的航向角離散度確定所述無人機的多個航向角,包括：

使用杜賓車模型對無人機的運動狀態進行描述，并設置所述無人機的航向角離散度為8；

確定所述無人機的多個航向角分別為0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°，并為各航向角進行編號。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述出發矩陣中，行表示無人機出發時的航向角編號，列表示無人機訪問建筑物時的航向角編號，頁表示無人機的編號；

在所述返回矩陣中，行表示無人機訪問最后一個建筑物時的航向角編號，列表示無人機從最后一個建筑物返回所述站點時的航向角編號；頁表示無人機的編號；

在所述目標到目標矩陣中，行表示無人機訪問當前建筑物時的航向角編號，列表示無人機訪問下一個建筑物時的航向角編號，頁表示無人機的編號。