[發(fā)明專利]一種多無人機覆蓋任務路徑規(guī)劃方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010835010.2
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111984033B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 金松昌;于曉曉;史殿習;康穎;張擁軍;薛超;郝鋒;張瑞康;孫若琳
• 申請（專利權(quán)）人: 天津（濱海）人工智能軍民融合創(chuàng)新中心
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明涉及一種多無人機覆蓋任務路徑規(guī)劃方法及裝置，首先，基于各無人機的任務完成時間以及無人機最新分配的任務覆蓋區(qū)域與所有標記為未被任務覆蓋的區(qū)域之間的均衡有效任務比值確定各無人機所分配的區(qū)域列集，能夠更加有效地進行區(qū)域分配，達到為無人機均衡分配任務的目的；其次，使用蟻群算法對無人機航線方向進行重規(guī)劃，達到降低飛行消耗的目的；最后，在一次規(guī)劃完成后，比較任務完成時間最大和最小的無人機的時間，若時間相差較大，則說明區(qū)域場景中存在超大區(qū)域，需對最大區(qū)域進行預留劃分，迭代執(zhí)行覆蓋規(guī)劃方案，達到均衡無人機任務時間的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多無人機覆蓋任務路徑規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)

隨智能控制和無人技術(shù)的發(fā)展，無人機因具有體積小、成本低、適應性強等優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)、救援、偵察等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，無人機自身具有最大載重和航程等限制，在應援救災等活動中，合理規(guī)劃無人機的飛行路線，可以使得無人機在單次飛行中盡最大可能地發(fā)揮其效能。因此，覆蓋路徑規(guī)劃問題的研究已經(jīng)成為無人機應用中的一個重要問題，它旨在依據(jù)某個或某些優(yōu)化準則(如工作代價最小，行走路線最短，行走時間最短等)，在其工作空間中尋找一條覆蓋所有感興趣目標的路徑。

根據(jù)不同的應用場景，覆蓋路徑規(guī)劃可以分為兩類：單個連續(xù)區(qū)域的覆蓋路徑規(guī)劃，多個分散區(qū)域的覆蓋路徑規(guī)劃。

目前，針對單個區(qū)域的覆蓋路徑規(guī)劃算法的研究較多，具體方法有單元分解法，生成樹覆蓋算法(Spanning Tree Covering簡稱STC)等。

相比而言，目前針對多個分散區(qū)域的覆蓋路徑規(guī)劃問題的研究較少。一般地，分散區(qū)域的覆蓋路徑規(guī)劃解決思路分兩步進行：優(yōu)化區(qū)域分配方式和優(yōu)化無人機航線方向。

高有效時間比算法(HETR)是解決多分散區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃的較新算法之一，旨在使各無人機用盡可能短且均衡的時間完成對所有區(qū)域的覆蓋。HERT的工作過程主要分成兩個階段。首先，它利用有效時間比原則對區(qū)域的分配進行優(yōu)化；其次，使用最短距離優(yōu)先方式對無人機航線進行優(yōu)化。由于HETR對區(qū)域進行分配時僅考慮有效時間比，有效時間比較小而面積較大的區(qū)域?qū)詈蠓峙洌瑥亩鴮е赂鳠o人機任務完成時間不均衡。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供的一種多無人機覆蓋任務路徑規(guī)劃方法及裝置，首先通過均衡有效任務比規(guī)則對區(qū)域進行實時分配，保證了無人機覆蓋任務的相對均衡性；其次，通過變形蟻群算法對無人機的航線進行重規(guī)劃，減少了無人機在飛行路徑的上消耗；最后，通過對超大區(qū)域進行預留劃分解決了超大區(qū)域場景下無人機任務時間不均衡問題。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種多無人機覆蓋任務路徑規(guī)劃方法，其改進之處在于，所述方法包括：

步驟(1)基于各無人機的任務完成時間以及無人機最新分配的任務覆蓋區(qū)域與所有標記為未被任務覆蓋的區(qū)域之間的均衡有效任務比值確定各無人機所分配的區(qū)域列集；

步驟(2)基于各無人機所分配的區(qū)域列集，采用蟻群算法規(guī)劃各無人機的飛行航線，并基于各無人機的飛行航線更新各無人機的任務完成時間；

步驟(3)選擇各無人機的任務完成時間中的最大值T_max和最小值T_min，若T_max和T_min滿足第一時間約束，則輸出所述各無人機的飛行航線，否則，執(zhí)行步驟(4)；

步驟(4)在全部標記為已被任務覆蓋的區(qū)域中獲取面積最大的區(qū)域，根據(jù)各無人機的任務完成時間中滿足第二時間約束的任務完成時間數(shù)量對所述面積最大的區(qū)域進行區(qū)域劃分，并將全部區(qū)域標記為未被任務覆蓋的區(qū)域后返回步驟(1)。

優(yōu)選的，所述第一時間約束為T_min(1+γ)＜T_max，其中，γ為篩選因子。