[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

说明书

本发明公开了一种植保无人飞机集群作业任务分配方法，包括：将作业田块划分成N个子田块；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；采用MOSELA算法寻找最优的作业分配矩阵；根据最优作业分配矩阵和飞机作业时间矩阵，确定子田块的作业时间矩阵；结合预设的装配规则，定义子田块的作业顺序矩阵；采用遗传算法对子田块的作业顺序矩阵进行优化。本发明能够在保证航路全覆盖的基础上，综合时间和能耗两个约束条件，建立最短飞行距离和最优时间分配双层决策方法，降低时间冲突、提高作业效率。

技术领域

本发明涉及植保无人机集群作业技术领域，具体而言涉及一种植保无人飞机集群作业任务分配方法和装置。

背景技术

植保无人机具有快速、高效、适应性广等显著特点，其作业灵活，无需起降跑道，可以适应丘陵、山区、坡地、水田等复杂地形，近年来在中国得到迅速发展，年累积作业面积已超过5亿亩次。

但植保无人机受机具载重量的限制(低于20kg)，单架次作业面积一般不超过30亩，在实际作业过程中，机具需浪费40％的作业时间用于频繁起降、更换电池和加注农药。为了提高作业效率，部分企业和科研团队开展了一控多机的作业技术研究，目前的研究工作主要集中在组网通讯和系统硬件开发，其中最具代表性的为广州极飞科技公司2019年推出了P-30XP型植保无人机，大疆创新公司2019年推出的T-20型植保无人机，支持一人控制两台以上机具同时作业。但其作业路径规划方式较为单一，将田块按照机具的作业能力进行简单划分，各个机具采用各自独立的航线进行排序作业。只考虑全覆盖路径规划，很少考虑机具间的协同与配合，在实际作业中易产生起降冲突和任务分配不合理的情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种植保无人飞机集群作业任务分配方法和装置，在保证航路全覆盖的基础上，综合时间和能耗两个约束条件，建立最短飞行距离和最优时间分配双层决策方法，降低时间冲突、提高作业效率。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种植保无人飞机集群作业任务分配方法，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。

作为其中的一种优选例，步骤S1中，所述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个子田块的过程包括以下步骤：

S11，将相同的作业要求的田块放入同一集合，共计M个集合；

S12，根据植保无人飞机的一次起/降的作业面积，对M个集合内的所有田块作进一步田块处理，包括相邻小田块合并、大田块分割操作；