[发明专利]一种植保无人飞机集群作业任务分配方法和装置

权利要求书

1.一种植保无人飞机集群作业任务分配方法，其特征在于，所述分配方法包括以下步骤：

S1，根据输入的田块参数和植保无人飞机参数，将作业田块划分成N个子田块，每个子田块的作业要求相同，并且只对应一个无人飞机，定义N个子田块集合为H_j，j＝1，2，3，…，N；

S2，根据预设的分配原则将所有子田块分配给所有参与作业的植保无人飞机，所述预设的分配原则为：单个植保无人飞机被分配至少一个子田块，每个子田块只能被分配一次且所有子田块均被分配；

S3，在给定植保无人飞机数量、田块数量K、子田块数量N，以及作业时间矩阵(T)_K×N和进/出田块的距离矩阵为(L¹)_K×N、(L²)_K×N的基础上，采用MOSFLA算法寻找最优的作业分配矩阵(X)_K×N；

S4，根据最优作业分配矩阵(X)_K×N和飞机作业时间矩阵(T)_K×N，确定子田块的作业时间矩阵(T’)_N×1；结合预设的装配规则，定义子田块的作业顺序矩阵(SE)_N×1，所述预设的装配规则为每个无人飞机降落后，均进行包括电池更换、药箱更换在内的装配任务，但同一时刻只有一架无人飞机执行装配任务；

S5，采用遗传算法对子田块的作业顺序矩阵(SE)_N×1进行优化；

步骤S2中，所述根据预设的分配原则将所有子田块分配给所有参与作业的植保无人飞机是指：

定义植保无人机作业分配矩阵为(X)_K×N，其中分配参数x_ij赋值定义为：

其中，j＝1,2,3,…,N；

步骤S3中，所述采用MOSFLA算法寻找最优的作业分配矩阵(X)_K×N的过程包括以下步骤：

S31，输入种群规模S、子族群数s、族群的青蛙个体num、总群迭代次数D和族群迭代次数I；

S32，初始化青蛙总群P＝{X¹,X²,…,X^S}；

S33，计算适应值，并按降序排列，进行族群划分；

S34，族群内部进化：根据下述公式，各子群体进行第一次跳跃：

其中：X^b和X^w分别为子族群的最优个体和最差个体；

S35，第一次族群合并：按照适应值进行降序排列，结合下述公式，整个族群进行第二次跳跃：

其中：X^g和X^w分别为整个族群的最优个体和最差个体；

S36，第二次族群合并：按照适应值进行降序排列，结合下述公式，将族群最弱个体进行第三次跳跃：

(X^w)′＝rand(X),X∈Q^M×N

其中：rand(X)表示在可行解空间随机产生一个决策矩阵；

S37，判断当前循环次数是否小于总群迭代次数D，如果小于，转入步骤S33，否则，输出最优个体X¹；

其中，种群更新相关参数定义如下：

设矩阵X¹∈Q^M×N、X²∈Q^M×N，其中Q^M×N为可行解空间，定义矩阵表示X²与X¹间的差异矩阵，表示矩阵间的按异位或操作符；

z′＝cut(z,k)的含义为：截取一维数组z的前k列，保存到新的一维数组z’中；

(X¹)′＝F(B,φ)的含义为：根据差异矩阵B对矩阵X进行逼近矩阵B的更新，统计B各列的元素和，若元素和大于0则将列号保存至一维数组z中，操作符φ的定义为：

φ＝～(B,X¹,cut(z,ri(n)))

其中：n为数组z的长度，ri(n)表示区间[1,n]内的任意整数；“～”表示根据z’指定的列号ri(n)，将X¹在该列的元素修正与B元素排列保持一致；

的含义为：对矩阵X¹按照操作符进行变异操作，操作符的定义为：

式中：switch(r₁，r₂)表示交换矩阵中的r₁行和r₂行，swicth(c₁，c₂)表示交换矩阵中的c₁列和c₂列；

步骤S4中，所述定义子田块的作业顺序矩阵(SE)_N×1的过程包括以下步骤：

S41，根据飞机作业时间矩阵为(T)_K×N，确定田块的作业时间矩阵(T’)_N×1，t_j’为：

其中，j＝1，2，3，…，N；

S42，定义田块的作业顺序矩阵为(SE)_N×1，se_j为[1，N]区间内非重复的整数集合；

S42，按照作业顺序(SE)_N×1的作业时间，定义排序后的时间矩阵为其为：

S43，基于(SE)_N×1和定义植保无人飞机-田块的作业时间为(TA)_K×N’，ta_ij′表示第i架飞机的第j′次作业的时间，j′＝1，2，3，...，N’，N′＝max{sum[x(i，：)]}；(TA)_K×N’每一列未赋值项用0补全；

S44，在不考虑多架植保无人飞机同时进行装配电池、药箱的重叠时间的情况下，定义无人飞机的降落时间矩阵为(TL)_K×N’，起飞时间矩阵为(TR)_K×N’，tl_ij′和tr_ij′分别为：

其中，ts_ij′为飞机降落后装配至下一次起飞所需要的时间，此处设为固定长度，ts_ij′＝c。