[发明专利]一种多无人机路径规划方法

说明书

本发明提出了一种多无人机路径规划方法，实现步骤为：构建多无人机路径规划场景模型；构建监测区域的无向完全图；对无人机群进行任务分配；获取无人机群的路径规划结果。通过构建监测区域的无向完全图，将每架无人机所遍历的监测点连同出发点建模成无向完全图，并在无向完全图间进行点的转移和交换操作不断优化任务分配结果，在优化后的任务分配结果的基础上求得每架无人机的最小哈密顿环，并在最小哈密顿环间进行点的转移，进一步优化任务分配结果，同时得到无人机群的路径规划结果，从而保证多无人机中飞行距离最大的那架无人机的飞行距离最小，飞行时间最短。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种多无人机路径规划方法。

背景技术

无人机(UAV)由于其机动性高、部署灵活、成本低等特点，越来越受到学术界和工业界的关注，比如无人机可用于智能农场、搜救、灾后评估等多种场景下的自主监测。由于单无人机在执行任务时在实时性、完备性、可靠性方面存在不足，因此需要多架无人机来执行任务，在对多无人机执行任务所带来的问题展开研究时，任务的耦合性使得协同问题应运而生，解决多架无人机协同问题的关键技术挑战是，在保证所有任务均完成的前提下，如何才能为每架无人机规划出高效的飞行路径；解决步骤一般为：首先通过对多架无人机进行任务分配，然后在任务分配的基础上进行路径规划，最后得到每架无人机所对应的最优飞行路径，多无人机能否规划出最优飞行路径的关键在于是否能进行合理的任务分配；

例如申请公布号CN109186611A，“无人机飞行路径规划方法及装置”的专利申请，公开了一种无人机飞行路径规划方法，该方法通过改进的基于分支定界法基本思想的任务分配算法，对任务分配的min-max整数规划问题进行求解，再通过优化后的解来获取和分配每架无人机所对应的最优飞行路径，使得无人机群在完成飞行任务且满足约束条件的前提下，保证多架无人机的并行飞行时间最短、实现最优路径规划的问题。但该方法使用了分支定界法来进行任务分配，由于分支定界法在进行求解时的效率基本上由值界方法决定，当任务数量很大时，很难进行界估计，此时该算法的效率很低，难以求解出好的任务分配结果，导致无法求得飞行时间最短的路径规划结果。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种多无人机路径规划方法，旨在保证多无人机协同完成飞行任务的基础上，减小多无人机中飞行距离最大的那架无人机的飞行距离，以缩短飞行时间。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)构建多无人机路径规划场景模型：

构建包括分布在三维直角坐标系xoy平面内的监测区域和位于该三维直角坐标系空间中的无人机群A＝{A_i|1≤i≤M}的多无人机路径规划场景模型，监测区域包括无人机A的出发点depot和N个监测点V＝{n_j|1≤j≤N}，其中，M表示无人机的架数，M≥2，A_i表示飞行高度为H_i的第i架无人机，n_j表示位置坐标为(x_j,y_j)的第j个监测点，N≥M；

(2)构建监测区域的无向完全图：

将监测点V随机划分为与无人机的架数相等的M个分区，每个分区至少包含一个监测点，并将每个分区中的每两个监测点，以及每个分区中的每个监测点与A的出发点depot进行连接，形成无向完全图集合ψ＝{Gⁱ|1≤i≤M}，其中，Gⁱ表示A_i对应的无向完全图；

(3)对无人机群A进行任务分配：