[发明专利]考虑目标走向与能源补给的无人设备路径规划方法

说明书

本发明公开一种考虑目标走向与能源补给的无人设备路径规划方法，应用于无人设备的路径规划领域，针对现有技术中未考虑无人设备在中途能源能量站进行能源补充的问题，本发明首先建立起包含源节点和目标节点以及中间能源补给节点的网络拓扑图，并将路径约束条件归一化为点和边的权值，并且根据目的节点的能源约束条件及未来目标节点走向，计算源节点和目标节点之间的最优路径，从而简化无人设备的路径规划过程，降低无人设备的运行成本。

技术领域

本发明属于无人设备的路径规划领域，特别涉及一种考虑目标走向及能源补给的无人设备路径规划技术。

背景技术

智能无人设备是物联网时代的重要组成部分，而其路径规划问题是其发展需要解决的关键问题之一。无人设备在完成既定任务的时候，需要经过多个中间节点，所经过的路径选择往往是多样化的，不唯一的，而且不同的路径有着不同的执行时间、消耗的能源也不一样，这就需要无人设备在满足系统所限定要求和条件下，考虑路径的约束条件，寻找最优路径，这也是智能设备移动的前提。比如在抢险救灾中，由于对短时间和低时延的要求比较高，无人设备在各个目标点之间移动，如何利用最小的代价到达被救目标区域，并且实时把数据传回控制中心是需要考虑的问题。因此，不少学者对最优化路径规划问题也做了研究。

根据现有的文献检索发现，在路径规划问题中，虽然有很多路径规划的算法，但是大多只是考虑了移动路径边的权值，并没有考虑中间节点的权值，也就是说没有考虑无人设备在中途能源能量站进行能源补充这一现实问题，也没有考虑未来目标走向及路径和中间节点在现实中诸多具体问题，比如说由于路况不同，通过每条路径的速度不同，每个能源补充站节点的排队时间以及能源价格不同等，实际中的这些情况都会影响对无人设备的路径规划，同时已有的算法还存在着模型复杂度高，算法收敛速度慢等很多实际的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种考虑能源补给的无人设备轻量级路径规划方法，考虑现实中的车辆移动模型，提出了一种综合考虑车辆在行驶过程中的速度，能源补充时间，能源价格等节点损耗因素，实现最优移动方案的策略。

本发明采用的技术方案为：考虑能源补给的无人设备轻量级路径规划方法，包括：

S1、根据目标走向序列窗口建立能源补给节点集合，根据能源补给节点集合构建第一拓扑图；

S2、将目标走向序列窗口中的源节点与所有目标节点扩充到第一拓扑图中，得到第二拓扑图；

S3、对第二拓扑图进行权值更新；

S4、根据步骤S3权值更新后的拓扑图，采用走向逆推算法计算源节点到当前目标节点的最佳路径；

S5、前进到当前目标节点，若当前目标节点为全局最终目标节点，则结束；否则以当前目标节点作为新的源节点，计算源节点到下一个目标节点的最佳路径。

进一步地，考虑金钱花费对步骤S3所述权值进行更新：

根据两个能源补充节点之间的路程费用单价更新该两个能源节点之间的金钱花费权值，根据源节点与相邻能源补充节点之间的路程费用单价更新源节点与该相邻的能源补充节点之间的金钱花费权值，根据目标节点与相邻能源补充节点之间的路程费用单价更新目标节点与该相邻的能源补充节点之间的金钱花费权值，根据无人设备对应的设备能源最大容量、能源补充节点对应的能源单价以及在该能源补充节点需要补充的能量，更新该能源补充节点的金钱花费权值。

进一步地，考虑时间花费对步骤S3所述权值进行更新：根据两个能源补充节点之间的路程通过时间更新该两个能源节点之间的时间权值，根据源节点与相邻能源补充节点之间的路程通过时间更新源节点与该相邻的能源补充节点之间的时间权值，根据目标节点与相邻能源补充节点之间的路程通过时间更新目标节点与该相邻的能源补充节点之间的时间权值，根据无人设备对应的能源最大容量、能源补充节点的补充能源速度以及在该能源补充节点需要补充的能量，更新该能源补充节点的时间权值。