[發明專利]一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202210389960.6
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114489146B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 楊鯤;申帥;杜璇;梅海波
• 申請（專利權）人: 成都慧簡聯信息科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 肖會

1.一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，其特征在于：所述調度與軌跡規劃方法包括：

S1、構建有時間窗物聯網系統模型：系統中有N個旋翼無人機飛行在固定高度H收集地面上K個物聯網設備的數據，設置各物聯網設備的時間窗為[A_k,B_k]，其中A_k為時間窗的起始時間，B_k為時間窗的結束時間，設置起始點的時間窗為[A₀,B₀]，其中A₀=0，B₀=T^E，T^E為無人機返回起始點的最晚時間；

S2、給每個物聯網設備均設置一個無人機懸停點，無人機僅能在懸停點才能從相應物聯網設備收集數據，以確定有時間窗物聯網中多無人機數據收集機制；

S3、建立多無人機調度與飛行軌跡優化問題，以降低系統運營成本；

S4、通過改進的蟻群算法以及連續凸近似方法對優化問題進行求解。

2.根據權利要求1所述的一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，其特征在于：所述建立多無人機調度與飛行軌跡優化問題包括：

將無人機的歸一化成本設置為，將無人機起始點作為第一個無數據上傳的設備，編號為0，其中，表示派出無人機的數量，表示所有無人機的總工作時間，λ_ij[n]表示第n個無人機的服務順序和路徑，若第n個無人機從第i個懸停點飛到第j個懸停點并收集第j個懸停點的數據，λ_ij[n]=1；否則，λ_ij[n]=0，為第n個無人機在第j個懸停點與相應設備的數據傳輸時間，D_j為第j個設備需要上傳的數據量，R_j為第j個設備向懸停在相應懸停點的無人機傳輸數據的速率，為第n個無人機從第i個懸停點飛到第j個懸停點所用的時間，為第n個無人機在第j個懸停點等待相應設備時間窗打開的時間，B_j為第j個懸停點時間窗的結束時間，t_j[n]為第n個無人機打到第j個懸停點的時刻；是無人機運行成本的歸一化系數，p₁表示使用一架無人機的價格，p₂表示無人機單位工作時間的價格；

根據有時間窗物聯網系統模型以及多無人機數據收集機制，將最小化無人機運行成本為目標的無人機調度與飛行軌跡優化問題建模為：

其中，w_j為第j個設備的坐標，w₀為起始點的坐標，u_j表示第j個設備所對應的懸停點的坐標，u₀表示起始點對應的懸停點的坐標，M_n為第n個無人機的存儲容量，為第n個無人機的懸停功率，為第n個無人機的飛行功率，E_n為第n個無人機的電池容量，約束C1.1-C1.4為無人機飛行軌跡約束；約束C1.5為設備數據上傳約束；約束C1.6為起始懸停點約束；約束C1.7為無人機存儲容量約束，保證無人機收集的數據不超過其存儲容量；約束C1.8為無人機電池容量約束，保證無人機返回起始點時消耗的能量不超過其電池容量；約束C1.9-C1.11為時間窗約束，保證設備數據上傳在時間窗關閉前完成。

3.根據權利要求2所述的一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，其特征在于：所述通過改進的蟻群算法以及連續凸近似方法對優化問題進行求解包括：

S41、將優化問題劃分為兩個子問題，第一個子問題對無人機飛行軌跡進行設置，第二個子問題對無人機懸停位置進行設置；

S42、通過改進的蟻群算法對第一個子問題進行求解；

S43、通過連續凸近似方法對第二個子問題進行求解。