[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

本發明涉及一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，屬于無線通信技術領域，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；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。本發明的優點在于：實際考慮物聯網設備數據上傳要求與無人機的性能約束，在實現數據收集的同時，不僅能夠減少無人機的使用數量，還能夠減少無人機的工作時間，進而降低了系統的運營成本。

技術領域

本發明涉及無線通信網絡技術領域，尤其涉及一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法。

背景技術

隨著5G時代的到來，物聯網發展迅速，應用領域涉及工業、農業、運輸業等各個方面，人們的日常生活已經離不開物聯網，未來物聯網在各種應用的廣泛進步必然使得網絡設備的數量成倍增加，信息流量預計在未來十年內繼續呈指數增長，此外，物聯網設備分布廣泛，且大多為異構設備，對網絡應用要求基本不同，也會給數據收集帶來極大的挑戰。

近年來，無人機技術逐漸成熟，利用無人機的移動性與靈活性，可以有效解決上述數據收集的困難問題；無人機作為傳統地面通信系統的補充，可以有效提高數據收集的覆蓋面積、設備接入數量以及數據傳輸速率，由于其在數據收集領域的巨大優勢，無人機的應用受到廣泛的關注；目前研究的主要可以分為單無人機系統與多無人機系統，主要的關注點為能效最大化、吞吐量最大化與任務完成時間最小化等，然而，目前沒有關于物聯網設備數據上傳的時間窗方面的技術被公開；在實際的物聯網應用中，設備數據采集的完成需要時間，時延敏感型設備對數據上傳的及時性也有要求，因此物聯網設備數據上傳實際上大多只能在一個時間范圍內完成才能滿足應用需求。

另外，現有的研究大多只考慮了物聯網設備的能耗與數據量等，并未考慮無人機的存儲與電池容量，而無人機的存儲容量限制了其能夠收集的數據量，無人機的電池容量決定了其飛行距離以及能夠服務的設備數量，從這方面也會影響無人機數據的收集。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，解決多無人機數據收集問題，在保證數據收集任務完成的情況下，最小化無人機使用數量與工作時間，降低系統的運營成本。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種多無人機數據收集系統的調度與軌跡規劃方法，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。

所述建立多無人機調度與飛行軌跡優化問題包括：