[发明专利]一种无人机快递自动投送最短路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机最短航迹规划领域，特别是一种无人机快递自动投送最短路径规划方法。

背景技术

随着互联网技术的电子商务不断发展，具有多样性、快捷性等优势的网络购物在人们的日常生活中逐渐普及。近年来，随着网购规模的不断扩大，与网购紧密相关的快递行业对投递效率的要求也越来越高，使得快递企业面临着新的技术挑战。同时，随着城市交通拥堵情况的加剧以及地处偏僻的乡村地区快件业务量的快速增长，使得快递投送的时间成本也在不断增大。此外，人力以及运输等硬性成本的不断上涨，使得快递投送的总成本正变得越来越高。因此，越来越多的快递企业正在寻求高科技手段和现代化物流设备来提高快递投送的效率以降低运输成本。

在这种背景之下，自动化无人机快递技术应运而生。利用无人机替代人工投送快递，旨在实现快递投送的自动化、无人化、信息化，提升快递的投递效率和服务质量，以缓解快递需求与快递服务能力之间的矛盾。无人机能够不受地面交通的限制，可以有效提高运送效率；而且，使用无人机向偏僻地区投送快递，经济成本相对于人工运送来说也大大降低了。此外，由于无人机自动充电技术的发展，也大大提高了无人机的活动范围，使得无人机的投送半径大大增加，可以很好地解决较偏远地区快递投送难的问题。

但是，如果不能实现无人机高度自主地规划投递路径，则仍需要人员地面遥控，如此一来产生的人力成本也会让企业望而却步。要想无人机快速、准确、高效地将货物送达，特别是希望无人机在一次飞行任务中可将多个快件依次送达至不同的目标站点(即多件多点投送)，显然，有效的路径规划算法是必不可少的，而人工智能技术可以为这一问题提供合适的解决途径。

化学反应算法作为一种新型的智能优化算法，吸引了众多研究者的目光，有着很大的应用潜力。该算法由Lam和Li在2010年提出，它模拟了分子在化学反应过程中通过相互作用达到稳定状态的过程，属于新的元启发式算法。在化学反应刚开始的时候，反应物不太稳定，具有过高的能量。一般来说，随着反应的进行，反应物的能量会逐渐释放。因此，最终的反应产物能量更低，更稳定。化学反应算法正是通过模拟化学反应中的微观过程来寻找最优解的。化学反应算法中最重要的机制在于能量守恒，它提出了能量缓冲区和能量转移的概念，通过一系列的初级反应对解进行操作以实现寻优。

在化学反应过程中，分子通过相互作用最终达到低能量的稳定状态。同样，在化学反应算法中，参与求解的基本单位也是分子。

本发明所用的化学反应算法涉及到的参数或变量解释如下：

ω：分子结构，对应给定问题的一个解，在本发明中，它表示一个以快递站点的编号为元素组成的向量，ω可以表示为：

ω＝[ω₁，ω₂，…，ω_i，…，ω_n]

其中，ω_i表示分子ω的第i个元素。ω分子中元素的序列即为无人机经过的快递点的顺序，它表示一条满足投递任务的可行路径：站点ω₁→站点ω₂→…→站点ω_i→…→站点ω_n。

d(ω_i,ω_i+1)：代表坐标点编号为ω_i和ω_i+1的两个快递站点之间的距离。

EP_ω：分子ω的势能，即解ω对应的目标函数值。在本发明中，EP_ω＝d(ω₁,ω₂)+d(ω₂,ω₃)+…+d(ω_i,ω_i+1)+…+d(ω_n-1,ω_n)

EK_ω：分子ω的动能，一个非负实数，量化化学反应算法对于一个较当前解更差的解的接受程度。

EP：种群的势能向量，向量中的每个元素对应为每一个分子的势能。EP可以表示为：

EP＝[EP_ω1，EP_ω2，…，EP_ωm]

EK：种群的动能向量，向量中的每个元素对应为每一个分子的动能。EK可以表示为：

EK＝[EK_ω1，EK_ω2，…，EK_ωm]

E_b：缓冲区能量。