[发明专利]一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法

说明书

本发明提出了一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，旨在实现动态环境下无人机群摆脱地面控制站的限制，自主进行任务调度，并提高任务调度的实时性。实现步骤为：决策无人机向各集群无人机分配任务并发送执行指令；各集群无人机根据决策无人机发送的执行指令执行任务，并通过心跳机制与决策无人机进行通信；决策无人机对各集群无人机任务进行优化调度；各集群无人机根据各自的飞行路径执行重新确定的任务，并保持编队；决策无人机监控各集群无人机任务完成情况，当全部任务完成时，无人机群返航。本发明能够使无人机群针对动态环境的变化选择正确的调度方法，提高了任务调度实时性，使无人机群能够自主的执行任务。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，可用于森林防火、电力巡检、环境监测、灾情巡查和防恐救生等领域。

背景技术

无人机作为现代高科技装备之一，其在军事和民用中的独特作用已经越来越受到重视，而无人机相关的技术在经历了几十年的发展和积累，也日趋成熟。随着无人机执行任务的环境日益复杂，任务类型日益多样，无人机已经开始从单架次独立任务的方式向着多架次、多类型的机群作战方向发展。相比单机系统，无人机集群能够更好的发挥多个无人机的优势，任务处理的能力也更强。如何通过任务调度将多个任务分配给多架无人机并实现最佳的整体效能，是一个值得研究的问题。

目前多无人机任务调度研究大多关注集中式的预先调度，由地面控制站中的操作人员制定任务调度方案和无人机具体的飞行航路，无人机本身不具备决策能力，完全按照地面控制站发出的任务指令和航路执行任务。在无人机自主能力不断提高的趋势下，分布式调度成为无人机任务调度的一个重要发展方向。但对于任务执行过程中的动态调度，尤其是分布式动态任务调度缺乏研究。针对无人机群协同工作过程中的任务调度问题，研究分布式任务调度方法，以更高的效率实现动态环境下的多无人机任务调度是非常有必要的。

从现有公开的资料来看，针对无人机群的任务调度提出了一些方法。例如授权公告号为CN104615143B，名称为“无人机调度方法”的中国专利，公开了一种无人机调度方法，该方法包括以下步骤：无人机将其本身的身份ID、当前IP及当前飞行状态数据发送至服务器；服务器接收到所述身份ID、当前IP及当前飞行状态数据之后，根据身份ID、当前IP及当前飞行状态数据对相应的无人机的飞行状态进行实时监控，并根据预先设定的任务数据表生成执行任务指令，根据所述身份ID将该执行任务指令发送至相应的无人机；该任务数据表为身份ID、航点、航电类型及航点数据的关联步骤；无人机在接收到相应的执行任务指令之后，根据该执行任务指令执行相应的任务。该方法能对无人机群进行调度控制，但存在的不足之处是：1.该方法的无人机群在执行任务过程中需要与地面控制站通信，当无人机与地面站之间的数据通信中断时会直接导致任务的失败，不能实现无人机群自主的执行任务；2.由于环境的动态性和不确定性以及协同控制的复杂性，使得任务开始后会出现许多无法预料的情况，该方法无法针对这种动态情况实时的进行任务调度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，旨在实现动态环境下无人机群摆脱地面控制站的限制，自主进行任务调度，并提高任务调度的实时性。

本发明技术思路是：决策无人机作为分布式框架的主节点，负责监控整个无人机群并对集群无人机进行任务调度；集群无人机作为分布式框架的从节点，负责执行决策无人机发布的任务；决策无人机与集群无人机通过心跳机制进行通信，监控当前各集群无人机状态和任务情况是否发生变化；决策无人机能够根据监控的数据变化和环境态势做出相应的决策方案；决策无人机根据不同的决策方案将重新确定的任务和飞行路径分配给各集群无人机，重新进行任务调度。

根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案为：

一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，通过作为分布式架构主节点的决策无人机和从节点的集群无人机实现，包括如下步骤：