[發(fā)明專利]一種多無人機數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的調(diào)度與軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210389960.6
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114489146B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊鯤;申帥;杜璇;梅海波
• 申請（專利權(quán)）人: 成都慧簡聯(lián)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 肖會

1.一種多無人機數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的調(diào)度與軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述調(diào)度與軌跡規(guī)劃方法包括：

S1、構(gòu)建有時間窗物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型：系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，設(shè)置各物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(jié)束時間，設(shè)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(lián)網(wǎng)設(shè)備均設(shè)置一個無人機懸停點，無人機僅能在懸停點才能從相應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)，以確定有時間窗物聯(lián)網(wǎng)中多無人機數(shù)據(jù)收集機制；

S3、建立多無人機調(diào)度與飛行軌跡優(yōu)化問題，以降低系統(tǒng)運營成本；

S4、通過改進的蟻群算法以及連續(xù)凸近似方法對優(yōu)化問題進行求解。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無人機數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的調(diào)度與軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述建立多無人機調(diào)度與飛行軌跡優(yōu)化問題包括：

將無人機的歸一化成本設(shè)置為，將無人機起始點作為第一個無數(shù)據(jù)上傳的設(shè)備，編號為0，其中，表示派出無人機的數(shù)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(wù)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(shù)據(jù)，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(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸時間，D_j為第j個設(shè)備需要上傳的數(shù)據(jù)量，R_j為第j個設(shè)備向懸停在相應(yīng)懸停點的無人機傳輸數(shù)據(jù)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(yīng)設(shè)備時間窗打開的時間，B_j為第j個懸停點時間窗的結(jié)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(shù)，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(jù)有時間窗物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型以及多無人機數(shù)據(jù)收集機制，將最小化無人機運行成本為目標的無人機調(diào)度與飛行軌跡優(yōu)化問題建模為：

其中，w_j為第j個設(shè)備的坐標，w₀為起始點的坐標，u_j表示第j個設(shè)備所對應(yīng)的懸停點的坐標，u₀表示起始點對應(yīng)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(shè)備數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shè)備數(shù)據(jù)上傳在時間窗關(guān)閉前完成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多無人機數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的調(diào)度與軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述通過改進的蟻群算法以及連續(xù)凸近似方法對優(yōu)化問題進行求解包括：

S41、將優(yōu)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(shè)置，第二個子問題對無人機懸停位置進行設(shè)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(xù)凸近似方法對第二個子問題進行求解。