[发明专利]一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法

权利要求书

1.一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以需要被覆盖的栅栏区域的一端为原点，在原点上设置充电桩，以栅栏区域为x轴，充电桩为y轴建立直角坐标系；根据无人机的监控角度θ和无人机的飞行高度h确定无人机的水平监控长度D；根据无人机的电池总能量C和输出功率P0，确定无人机在满电状态下的最大工作时长；根据充电桩充电功率P1确定无人机充满电所需时长；

步骤2：根据无人机的水平监控长度将栅栏区域分割成M个子区域，根据第i个子区域的长度，在第i个子区域中设置第i个监控点A_i，使得无人机悬停在该监控点时，能够完全监控该第i个子区域，i＝1，2，…M；根据无人机以速度v飞行至第i个监控点所需的时间Ti，无人机的电池总能量C，无人机的输出功率P0和充电桩充电功率P1确定监控第i个子区域所需最小无人机数量S_i，从而得到最小无人机总数量S；

步骤3：判断用户目前所拥有无人机数量N是否大于等于S，若是，则为第i个子区域分配一组无人机，且该组无人机的数量大于等于S_i；设置M个定时器，一个定时器对应一个子区域，根据A_i的位置设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对监控第i个子区域的无人机进行调度；否则转步骤4；

步骤4：根据用户目前所拥有无人机的数量N和子区域的个数，为第i个子区域分配m个无人机，1≤m＜N；设置M个定时器，一个定时器对应一个子区域，根据A_i的位置以及飞往A_i的无人机的电量，设置第i个定时器的响应周期，第i个定时器根据该响应周期对m个无人机进行调度；

所述步骤3中第t个子区域的定时器的响应周期为C/P0-2Ti；步骤3中的具体调度方法为：初始选择一架满电量的无人机，该无人机以速度v飞行至第i个监控点；该无人机在第i个监控点悬停C/P0-2Ti时间后定时器响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电，同时再选择另外一架满电状态下的无人机以速度v飞行第i个监控点；从而通过循环调度实现对第i个子区域的长时监控；

所述步骤4具体为：第i个子区域中定时器的响应周期为C′/P0-2Ti，C′为飞往第i个监控点的无人机发出时刻的电量；

根据响应周期对监控第i个子区域的m个无人机进行调度，具体为：

步骤4.1：初始选择一架满电量的无人机，此时C′＝C，该无人机以速度v飞行至第i个监控点；该无人机在第i个监控点悬停C′/P0-2Ti时间后定时器响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电；

步骤4.2：在定时器响应时，判断此时正在充电的无人机中是否存在电量满足C′/P0＞2Ti的无人机，若是，则转步骤4.3；若否，则结束监控，并转步骤4.4计算监控第i个子区域的总时长；

步骤4.3：在满足条件的无人机中选择电量C′最多的无人机，该无人机以速度v飞行至第i个监控点，该无人机在第i个监控点悬停C′/P0-2Ti时间后定时器再次响应，该架无人机以速度v返回充电桩充电，并转步骤4.2；

步骤4.4：根据如下公式对第j架无人机第k次发出的时刻进行递归计算：

当k＝1时

其中为第j架无人机第一次发出时的总电量，j＝1，2，…，m，m为能够分配给第i个子区域的无人机的总个数；

当k≥2时

其中，为第j架无人机第k次发出时的总电量：

其中，为：

将时对应的的值作为总监控时长。

2.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，所述步骤1中无人机的水平监控长度D＝2htan(θ/2)；无人机充满电所需时长为C/P1；无人机在满电状态下的最大工作时长为C/P0。

3.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，所述步骤2中将栅栏区域分割成若干子区域具体为：基于子区域的水平长度与无人机的水平监控长度一致，对栅栏区域进行分割，则子区域的总数为向上取整，L为栅栏区域的长度；所述A_i的位置为(i*D-D/2，h)。

4.根据权利要求1所述的一种基于可充电无人机实现栅栏覆盖的调度方法，其特征在于，所述步骤2中根据子区域的个数确定最小无人机总数量S具体为：

其中，为向上取整，为第i个子区域所需无人机的最小数量。