[發(fā)明專利]中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110031503.5
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112859912B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石建邁;毛慧婷;常雪凝;周忠寶;鄭龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京卓嵐智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 郭智

本發(fā)明實(shí)施例提供一種中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)，包括：獲取特定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的信息、獲取該特定區(qū)域內(nèi)為無人機(jī)充電的中繼充電平臺(tái)的信息、以及獲取該特定區(qū)域內(nèi)無人機(jī)基地的信息；根據(jù)該特定區(qū)域的目標(biāo)點(diǎn)信息、中繼充電平臺(tái)信息和無人機(jī)基地信息，使用混合整數(shù)規(guī)劃建模方法建立無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型；通過基于模擬退火準(zhǔn)則的自適應(yīng)大規(guī)模鄰域搜索算法和充電平臺(tái)插入策略求解無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型，求解得到無人機(jī)偵察目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)規(guī)劃路徑。通過設(shè)置中繼充電平臺(tái)，擴(kuò)大無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)路徑規(guī)劃領(lǐng)域，具體涉及一種中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)逐漸被應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的各個(gè)方面。由于無人機(jī)體積小，速度快，不受空間和地理位置的局限，機(jī)動(dòng)性好且成本低等優(yōu)點(diǎn)，其常被應(yīng)用于戰(zhàn)場偵察，邊境巡邏，災(zāi)后救援，物流運(yùn)輸以及農(nóng)業(yè)作業(yè)等。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過程中，申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：

但是無人機(jī)續(xù)航時(shí)間短、行駛距離有限，這些缺陷大大降低了它們執(zhí)行任務(wù)的范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)，通過設(shè)置中繼充電平臺(tái)，擴(kuò)大無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的范圍，并且優(yōu)化目標(biāo)是通過優(yōu)化每架無人機(jī)訪問偵察目標(biāo)和充電平臺(tái)的飛行路徑來最小化完成偵察任務(wù)的總時(shí)間和無人機(jī)使用數(shù)量。

為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化方法，包括：

獲取特定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的信息、獲取該特定區(qū)域內(nèi)為無人機(jī)充電的中繼充電平臺(tái)的信息、以及獲取該特定區(qū)域內(nèi)無人機(jī)基地的信息；其中，所述特定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的信息包括：目標(biāo)點(diǎn)總數(shù)、各目標(biāo)點(diǎn)在偵察區(qū)域內(nèi)的位置、每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)被偵察的時(shí)間窗口；所述特定區(qū)域內(nèi)的中繼充電平臺(tái)信息包括中繼充電平臺(tái)的位置；

根據(jù)該特定區(qū)域的目標(biāo)點(diǎn)信息、中繼充電平臺(tái)信息和無人機(jī)基地信息，使用混合整數(shù)規(guī)劃建模方法建立無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型；

通過基于模擬退火準(zhǔn)則的自適應(yīng)大規(guī)模鄰域搜索算法和充電平臺(tái)插入策略求解無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型，求解得到無人機(jī)偵察目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)規(guī)劃路徑；其中，無人機(jī)偵察目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)規(guī)劃路徑使得所有目標(biāo)點(diǎn)在各自被偵察時(shí)間窗口內(nèi)被偵察到、且無人機(jī)使用數(shù)量最少、完成偵察所有目標(biāo)點(diǎn)的總時(shí)間最少。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種中繼充電模式下無人機(jī)路徑規(guī)劃的自適應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括：

信息獲取單元，用于獲取特定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的信息、獲取該特定區(qū)域內(nèi)為無人機(jī)充電的中繼充電平臺(tái)的信息、以及獲取該特定區(qū)域內(nèi)無人機(jī)基地的信息；其中，所述特定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的信息包括：目標(biāo)點(diǎn)總數(shù)、各目標(biāo)點(diǎn)在偵察區(qū)域內(nèi)的位置、每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)被偵察的時(shí)間窗口；所述特定區(qū)域內(nèi)的中繼充電平臺(tái)信息包括：中繼充電平臺(tái)的位置；

模型建立單元，用于根據(jù)該特定區(qū)域的目標(biāo)點(diǎn)信息、中繼充電平臺(tái)信息和無人機(jī)基地信息，使用混合整數(shù)規(guī)劃建模方法建立無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型；

最優(yōu)規(guī)劃路徑求解單元，用于通過基于模擬退火準(zhǔn)則的自適應(yīng)大規(guī)模鄰域搜索算法和充電平臺(tái)插入策略求解無人機(jī)偵察路徑規(guī)劃模型，求解得到無人機(jī)偵察目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)規(guī)劃路徑；其中，無人機(jī)偵察目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)規(guī)劃路徑使得所有目標(biāo)點(diǎn)在各自被偵察時(shí)間窗口內(nèi)被偵察到、且無人機(jī)使用數(shù)量最少、完成偵察所有目標(biāo)點(diǎn)的總時(shí)間最少。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：通過設(shè)置中繼充電平臺(tái)，擴(kuò)大無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的范圍，并且優(yōu)化目標(biāo)是通過優(yōu)化每架無人機(jī)訪問偵察目標(biāo)和充電平臺(tái)的飛行路徑來最小化完成偵察任務(wù)的總時(shí)間和無人機(jī)使用數(shù)量。

附圖說明