[發明專利]基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制系統及方法

在審

• 申請號: 202211323870.3
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115631645A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 曲超;任炎芳;靳曉洋
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G08G1/0968
• 分類號: G08G1/0968;G08G1/0967;H04W4/44
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 覃釗雄

本發明提出了一種基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制系統及方法，屬于無人集群路徑規劃技術領域，本發明通過引入基于時間的個體動態權值，能夠在不同時刻對系統中全部個體進行統一的優化配置。解決現有靜態規劃技術路徑的導致環路等待問題從而在局部區域或全局出現死鎖現象；靜態的最優路徑選擇無法適應網絡狀態的變化，容易引起群聚效應或阻塞震蕩；對于意外及突發事件無法應急響應，造成整個系統癱瘓等問題。

技術領域

本發明屬于無人集群路徑規劃技術領域，特別是一種基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制系統及方法。

背景技術

隨著物聯網技術的發展，無人駕駛技術的逐漸成為應用研究的熱點。目前的無人駕駛技術研究的主要方向包括運動控制、障礙躲避、路徑規劃及信息安全等領域。當無人駕駛技術發展到成熟階段其面臨的問題也將發生轉變，可以預知的是，當無人駕駛汽車成為主要的交通手段時，這種大規模無人集群的控制將成為核心的研究方向。

與機器人集群相比，無人設備集群既有集群智能技術的共性問題，也有特性問題。

首先，無人設備集群的規模相對于現階段的無人集群規模將有指數型增長，同時在追求全局目標的同時又要求個體目標的有效實現。基于后方中心的控制結構無法提供足夠的算力和響應時效；基于中心節點的控制結構無法有效達成個體目標；基于多代理(Agent)的控制結構無法優化全局目標。因此需要建立一種新型有效的控制結構來適應新的應用場景。

其次，無人設備集群不同于普通意義上的集群，在保證群體目標實現的同時更注重于個體目標的最優化。對于一定范圍內的集群目標可以是減少交通擁堵、提高路網吞吐量等；而對于每個個體來說又具有自身的行動目標，既在最短時間內到達目標地點，因此需要在群體目標和個體目標間建立有效的平衡。

最后，現有的靜態最優路徑算法以個體最優為目標，雖然能夠在一定范圍內滿足個體需求，且計算簡便，但并未考慮系統總體最優，因而會存在如下問題：

1)路徑的靜態化會導致環路等待問題的出現，因而在局部區域或全局出現死鎖現象；

2)靜態的最優路徑選擇無法適應網絡狀態的變化，容易引起群聚效應或阻塞震蕩；

3)對于意外及突發事件無法應急響應，造成整個系統癱瘓。

發明內容

本發明的目的在于基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制系統及方法，通過引入基于時間的個體動態權值，能夠在不同時刻對系統中全部個體進行統一的優化配置。算法中的每次迭代都重新計算個體在當前位置到目標位置的最優路徑，避免了靜態最優路徑可能導致的死鎖、聚集等問題，同時當網絡環境發生改變時也能夠在下一輪迭代周期內迅速適應，避免系統整體癱瘓。

為了達到上述目的，在本發明的第一方面提供了基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制系統，其特征在于，包括實體層和管理層，所述實體層包括無人設備、路側單元和接入基站，所述管理層包括邊緣計算層和云計算層；

所述實體層的無人設備通過無線傳輸連接路側單元，路側單元連接接入基站，接入基站通過有線網絡或無線網絡或衛星通訊連接到管理層的處理節點；

所述邊緣計算層由邊緣計算節點組成，用于處理所管轄區域內基本路網信息，并對實時信息進行處理，所述實時信息為隨時間同步產生的區域內路網信息；

所述云計算層由部署在云端的算力集群組成，用于管轄區域內的跨中間層各無人設備的全局路徑規劃和調優，完成對整個區域內的車流控制及整體效能優化，以及對于突發事件的道路管控、策略更新。

在本發明的第二個方面提供了基于動態最優路徑規劃的多任務無人集群控制方法，所述方法包括：

S1、被控制無人設備進行行駛姿態、移動速度和規避障礙行為的數據采集及基本處理，將處理結果發送到路側單元；