[发明专利]移动平台路径规划与无人机任务分配的两阶段优化方法

权利要求书

1.一种移动平台路径规划与无人机任务分配的两阶段优化方法，其特征在于，包括：

获取异构任务集合和路网数据；其中，所述异构任务集合中包括道路交点对应的点任务和道路线段对应的线任务；

构建无人机与移动平台协同执行所述异构任务集合的路径规划模型；其中，所述路径规划模型以将无人机与移动平台从预设控制中心出发、执行完所述异构任务集合中所有任务并返回到所述预设控制中心所耗费的总时间最小化为优化目标，所述路径规划模型的预设约束条件为根据无人机与移动平台协同执行所述异构任务集合的预设场景而设置，所述预设场景包括：搭载有可多次起降的无人机的移动平台从所述预设控制中心出发，沿着道路行驶，并在道路交口释放所述无人机，所述无人机和所述移动平台执行所述点任务或者所述线任务，在所述无人机的电量不足以至于无法继续执行下一个任务时返回到道路交口与所述移动平台汇合并更换电池，并继续执行下一个任务，直至所述无人机和所述移动平台将所述异构任务集合中所有任务执行完成，所述移动平台搭载所述无人机返回到所述预设控制中心；

采用预设二阶段求解算法求解所述路径规划模型，得到最优解，所述最优解为所述移动平台和所述无人机共同完成所述异构任务集合中所有任务时所述移动平台和所述无人机各自的最优路径；

所述采用预设二阶段求解算法求解所述路径规划模型，得到最优解，包括：

计算所述移动平台单独完成所述异构任务集合中所有任务时的最短路径；

根据所述最短路径、所述预设约束条件和预设启发式分配算法，从所述异构任务集合中筛选出至少一个任务由无人机完成以实现所述优化目标，并输出所述移动平台和所述无人机共同完成所述异构任务集合中所有任务时所述移动平台和所述无人机各自的最优路径；

所述根据所述最短路径、所述预设约束条件和预设启发式分配算法，从所述异构任务集合中筛选出至少一个任务由无人机完成以实现所述优化目标，并输出所述移动平台和所述无人机共同完成所述异构任务集合中所有任务时所述移动平台和所述无人机各自的最优路径，包括：

从所述异构任务集合中按序选择一个任务试分配给无人机，并判断移动平台是否满足第一约束条件，所述第一约束条件包括：所述移动平台从所述预设控制中心出发的总次数为1、所述移动平台返回到所述预设控制中心的总次数为1、所述移动平台到达道路网络中任一道路交点的总次数与从该道路交点离开的总次数相同、所述预设控制中心的移动平台访问顺序编号为1以及各个道路交点的移动平台访问顺序编号随着所述移动平台的行驶而递增中的至少一项；

采用第一公式表示第一约束条件“所述移动平台从所述预设控制中心出发的总次数为1”，所述第一公式为

式中，E＝{e_ij＝(V_i,V_j)}，E为道路网络中所有道路线段的集合，e_ij＝(V_i,V_j)为从第i个道路交点到第j个道路交点之间的道路线段；V_E为所述移动平台和所述无人机的返回交点集合；x_0j为0或1，若x_0j＝1则表示移动平台从第0个道路交点行驶到第j个道路交点，若x_0j＝0则表示移动平台未从第0个道路交点行驶到第j个道路交点；和/或

采用第二公式表示第一约束条件“所述移动平台返回到所述预设控制中心的总次数为1”，所述第二公式为：

式中，x_i0为0或1，若x_i0为1则表示移动平台从第i个道路交点行驶到第0个道路交点，若x_i0为0则表示移动平台未从第i个道路交点行驶到第0个道路交点；V_S为所述移动平台和所述无人机的出发交点集合；第0个道路交点为所述预设控制中心；和/或

采用第三公式表示第一约束条件“所述移动平台到达道路网络中任一道路交点的总次数与从该道路交点离开的总次数相同”，所述第三公式包括：

式中，V为所述返回交点集合和所述出发交点集合的并集；和/或

采用第四公式表示第一约束条件“所述预设控制中心的移动平台访问顺序编号为1”，所述第四公式为：

u₀＝1

式中，u₀为所述预设控制中心的移动平台访问顺序编号；和/或

采用第五公式表示第一约束条件“各个道路交点的移动平台访问顺序编号随着所述移动平台的行驶而递增”，所述第五公式为：

式中，u_i为第i个道路交点的移动平台访问顺序编号。