[發明專利]一種面向高架和非高架點源的多無人機監測路徑優化方法

有效

• 申請號: 202011610094.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112966361B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 何羽亭;丁濤;徐銘馳;蘇瑩怡;徐玲;郭文倩
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/047;G06Q50/26;G06N3/126;G06F111/04;G06F111/08
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本發明公開了一種面向高架和非高架點源的多無人機監測路徑優化方法，涉及大氣污染源監測技術領域。本發明針對工業園區內高架和非高架點源混合區域監測的特定問題，將基于點源的三維高程信息無人機監測路徑總長度最短為目標，考慮無人機飛行高度的穩定性、無人機飛行路徑轉彎角最小來構建目標函數；將單架無人機續航時間限制、各污染源排放污染物類別和排放污染物數量限制、各污染源無人機停留時間限制、無人機起飛出發點和終點限制作為約束條件，采用基于復雜變異樹的多染色體遺傳算法來對上述規劃模型進行求解，得到最優的工業園區污染源監測路徑。

技術領域

本發明屬于大氣污染源監測技術領域，涉及一種面向高架和非高架混合點源的多無人機監測路徑優化方法。

背景技術

據不完全統計，我國現有各級工業園區超過7000家，在促進產業集聚和推動經濟發展中貢獻重大。但與此同時，園區企業生產過程中引發的環境問題也日益突出，成為環境污染的集聚區域。政府部門通過加強對工業園區內污染源的日常環境監察和巡查，有利于及時評估園區范圍的大氣污染狀況、監控各污染源排放現狀并快速地確定超標排放污染源的準確位置，對實現園區大氣污染的靶向治理和制定有效的應急處置方案具有重要意義。

目前污染源的日常環境監察一般采用固定監測站、無線傳感器網絡、監測車或手持式監測儀等方式。超標污染源的定位一般通過將其監測位置和污染物濃度信息相綜合，得到較粗略的濃度分布圖，進而估計出污染源的位置。但由于受地面條件、建筑物和城市道路限制，上述監測手段往往效率不高。同時由于監測點位往往分布不均勻，且事故污染源附近不一定恰好設有監測站或被監測點所包圍。雖然可以通過增加監測站數量和觀測頻率來提高環境監測質量，但仍面臨著監測范圍有限、成本高昂且機動性差的問題。目前研究結果表明，無人機環境監測平臺具有機動、靈活和監測范圍廣等優勢，可以彌補現有固定監測站和監測車的不足，更有利于對大氣污染源進行日常環境巡查。

工業園區往往是污染源的集聚區域，污染源數量眾多，且不同污染源排放的污染物類別亦不同。單架無人機進行園區內大氣污染源監測時，由于受無人機自身續航時間所限，一次飛行只能完成部分污染源點位的監測任務，監測任務的執行效率不高，也不滿足多個污染源在監測時間上盡量保持同步性的要求。因此，采用多架無人機來完成多個污染源的監測任務十分必要。

照污染物排放的幾何形態，可分為點源、線源、面源和體源。點源是指通過某種裝置集中排放的固定點狀源，如煙囪、集氣筒等。點源又分為高架點源和非高架點源，我國規定凡不經過排氣筒的廢氣排放以及排放高度低于15m的排氣筒排放均為非高架點源。高架點源一般都屬于有組織排放。本發明專利重點解決的是高架和非高架點源混合區域的多無人機監測路徑的優化問題。

該發明不同于傳統的多旅行商(mTSP)問題，該發明針對工業園區內高架和非高架點源混合區域監測的特定問題背景，在規劃模型構建中考慮了點源的三維高程信息、各無人機監測路徑總長度、無人機飛行高度的穩定性、無人機飛行路徑轉彎角、單架無人機續航時間限制、各污染源排放污染物類別和排放污染物數量限制、各污染源無人機停留時間限制以及無人機數量的優化。同時在規劃模型的求解上采用了基于復雜變異樹的多染色體遺傳算法，該算法可按照給定的優化方向規則，合理選擇變異算子，優化出針對工業園區污染源的多無人機三維監測路徑。

發明內容

本發明的目的是提供一種面向高架和非高架點源的多無人機監測路徑優化方法。本發明的目的是通過以下技術實現的。