[發(fā)明專(zhuān)利]一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211734339.5
• 申請(qǐng)日: 2022-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115793714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房超;王偉;韓宗壘;王明策
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的綜合穩(wěn)定性確定該待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的類(lèi)型，所述類(lèi)型包括強(qiáng)制監(jiān)測(cè)滑坡和非強(qiáng)制監(jiān)測(cè)滑坡；

步驟2，根據(jù)待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的地理區(qū)域特征和無(wú)人機(jī)單次監(jiān)測(cè)覆蓋范圍確定無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)不同待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的服務(wù)時(shí)間；

步驟3，構(gòu)建用于規(guī)劃待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，同時(shí)利用步驟1中得到的待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)類(lèi)型和步驟2中得到的無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)不同待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的服務(wù)時(shí)間設(shè)定該混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的約束條件；

步驟4，利用嵌入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大鄰域搜索算法求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，得到待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，根據(jù)待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的綜合穩(wěn)定性確定該待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的類(lèi)型，具體方法是

將綜合穩(wěn)定性為較差的待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的類(lèi)型確定為強(qiáng)制監(jiān)測(cè)滑坡；

將綜合穩(wěn)定性為一般的待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的類(lèi)型確定為強(qiáng)制監(jiān)測(cè)滑坡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，根據(jù)待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的地理區(qū)域特征和無(wú)人機(jī)單次監(jiān)測(cè)覆蓋范圍確定無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)不同待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的服務(wù)時(shí)間，具體方法是：

定義待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的為長(zhǎng)方形以及無(wú)人機(jī)單次監(jiān)測(cè)覆蓋范圍為正方形；

利用下式計(jì)算得到無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)不同待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的服務(wù)時(shí)間：

式中，和分別表示根據(jù)無(wú)人機(jī)單次監(jiān)測(cè)覆蓋范圍將待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)進(jìn)行分割的列數(shù)和行數(shù)；v表示無(wú)人機(jī)平均飛行速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中，構(gòu)建用于規(guī)劃待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，具體方法是：

多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型為以最大化獲取信息為目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題，所述優(yōu)化問(wèn)題的表達(dá)式是：

式中，Ω(P)表示多無(wú)人機(jī)路徑為P時(shí)獲取的信息量；K表示一組同質(zhì)無(wú)人機(jī)；N_l表示某個(gè)區(qū)域所有滑坡易發(fā)區(qū)；y_ik是二進(jìn)制決策變量；ω_i為信息量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中，利用步驟1中得到的待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)類(lèi)型和步驟2中得到的無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)不同待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的服務(wù)時(shí)間設(shè)定該混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的約束條件，具體方法是：

所述約束條件包括確保所有無(wú)人機(jī)從倉(cāng)庫(kù)0出發(fā)，在續(xù)航時(shí)間的限制下回到同一倉(cāng)庫(kù)、確保在多無(wú)人機(jī)對(duì)滑坡易發(fā)區(qū)的監(jiān)測(cè)任務(wù)中，無(wú)人機(jī)對(duì)強(qiáng)制滑坡中的所有目標(biāo)進(jìn)行一次訪問(wèn)、確保在多無(wú)人機(jī)對(duì)滑坡易發(fā)區(qū)的監(jiān)測(cè)任務(wù)中，無(wú)人機(jī)對(duì)非強(qiáng)制監(jiān)測(cè)滑坡中的每個(gè)目標(biāo)最多進(jìn)行一次訪問(wèn)、確保每個(gè)無(wú)人機(jī)路徑的連通性、確保每個(gè)無(wú)人機(jī)飛行的累計(jì)時(shí)間不得超過(guò)其最大續(xù)航時(shí)間的限制、確保無(wú)人機(jī)路線不產(chǎn)生子環(huán)路以及限制決策變量的域。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4中，利用嵌入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大鄰域搜索算法求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，得到待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑，具體方法是：

S41，基于貪心算法生成可行初始解；

S42，將得到的可行初始解作為預(yù)構(gòu)建得到的分層遞歸圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，得到破壞解；

S43，利用旅行時(shí)間成本最小原則對(duì)得到的破壞解進(jìn)行修復(fù)，得到修復(fù)解，進(jìn)而得到待測(cè)滑坡易發(fā)區(qū)的多無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)路徑。