[发明专利]一种基于双充电模式的无人机路径规划方法

说明书

本发明实施例提供一种基于双充电模式的无人机路径规划方法，其特征在于，包括构建无人机路径数学模型；代入当前任务数据；根据下述步骤迭代求解：根据生成所述无人机路径规划数学模型的初始解；根据初始解获得信息素浓度的初始值；根据所述信息素浓度构建概率选择策略；根据所述概率选择策略生成未设置充电站的解；以所述未设置充电站的解作为输入解；通过调用充电站插入策略，对所述输入解进行迭代计算，得到当前可行解；通过调用局部搜索策略，对所述当前可行解进行优化，得到所述针对当前任务数据的最优可行解；根据所述针对当前任务数据的最优可行解更新所述信息素浓度。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于双充电模式的无人机路径规划方法。

背景技术

随着自动化和人工智能技术的快速发展，无人机逐渐被应用于军事和民用领域的各个方面。由于无人机体积小，速度快，不受空间和地理位置的局限，机动性好且成本低等优点，其常被应用于战场侦察，边境巡逻，灾后救援，物流运输以及农业作业等。但是，无人机电池容量有限，它们的续航时间短、行驶距离有限。这些缺陷大大降低了它们执行任务的范围，导致其在执行某一区域的任务过程中需要进行中继充电或者更换电池才能完成相应的任务。本专利解决多种中继充电策略的无人机任务路径规划问题。

为了解决无人机续航能力的限制，无人机在执行信息收集任务过程中可以采用两种方式进行中继充电：一种是无线快速充电，充电点装备无线快充装置为无人机进行快速充电；另一种是自动更换电池，充电点自动将无人机的电池更换为已充满电的电池。无线快速充电方式简单易行、成本低，更换电池所花费的时间非常短，无人机不必在充电站停留太长的时间。在无线快充和更换电池相混合的双充电模式下，当无人机电量不足时，可以访问充电平台补充电量，且所有充电平台均可提供两种充电方式：(1)快速充电，可以根据无人机的实际需要进行部分充电或充满，充电时间与充电水平相关；(2)更换电池，直接为无人机更换上新的满电电池。考虑到电池更换所花的时间非常短，这里我们假设电池更换所花费的时间可忽略不计。两种充电方式各有利弊，快速充电可以尽可能地减少充电成本，但是需要耗费较长的充电时间。而更换电池的充电时间非常短，几乎不会影响目标点的时间窗口，但是更换电池需要更多的充电成本。因此，混合充电模式将两者的优缺点进行结合，可以降低总成本。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

无线快速充电为无人机充电所需时间仍较长，电池更换所需要的充电成本更高，对电池适配性的要求也更高，二者皆有各自的优缺点，在充电站中同时设置这两种不同的充电方式能够平衡利弊。然而，如何合理的布置充电站位置及规划无人机的路径，以充分降低无人机充电的成本，包括车辆固定成本、行驶成本、等待成本以及充电成本，是需要解决的一项问题。

发明内容

本发明实施例通过合理的布置双充电模式充电站的位置及合理规划无人机的路径，来实现最优化的充电成本。

为达上述目的，本发明实施例提供一种基于双充电模式的无人机路径规划方法，其特征在于，包括：

构建基于双充电模式的无人机路径规划数学模型，所述双充电模式是指在无人机飞行路径中设置的充电站为无人机充电时所采用的无线快速充电模式和更换电池的模式；

将当前任务数据代入所述无人机路径规划数学模型，所述当前任务数据包括当前任务预设的无人机要访问的目标点数量、目标点位置、各目标点的可访问时间段、无人机充放电数据；

设定迭代次数k₁的初始值k₁＝1和迭代终止次数NC_max1；

根据临近点搜索策略及调用充电站插入策略生成所述无人机路径规划数学模型的初始可行解；

根据所述初始可行解获得信息素浓度的初始值；