[发明专利]改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时工作路径规划方法

权利要求书

1.改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：规划方式为，先提出固定充电点问题，并使用图的方法进行求解；之后建立FCSP数学模型，并且分别对遗传-变领域协同搜索算法的初始种群、自适应交叉率、变异率以及领域结构改进，最后通过数学仿真实验，验证所提的改进遗传-变领域协同搜索算法的收敛性、准确性和高效性；

建立FCSP数学模型；所述固定充电点问题可以等价于MTSP，不同之处在于，所有充电点具有时间窗约束，也就是无人机在电量耗尽前必须到附近充电点充电，根据描述，建立FCSP数学模型如下：

改进遗传-变领域协同搜索算法的初始种群，称之为改进种群初始化；所述改进种群初始化的改进方法分三步：1)基于工作点的搜索空间划分；2)基于节点的子空间再划分；3)选择初始个体；

改进遗传-变领域协同搜索算法的自适应交叉率；使最大适应度值的个体的交叉率P_c和变异率P_m不为零，改进后的交叉率P_c和变异率P_m表达式如下：

2.根据权利要求1所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：所述固定充电点问题为：假设V_start和V_a分别为UAV起点和工作点集合，T为UAV的单次最大续航时间，m个UAV从起点出发，以恒定速度v完成田间信息获取任务；由于UAV工作时间有限，需要在电量耗尽前到达最近的充电点充电，才能保证UAV能够尽可能按照任务计划访问每个工作点一次，同时需要规划出更优的路径。

3.根据权利要求1所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：FCSP图的构建；一个图可以表示为G(V，E，c)，其中V为目标顶点的集合，每个目标顶点用一个三维坐标表示，E为连接所有目标顶点的边的集合，c为每个边所对应的代价值，代价值表达式如下：

C＝V_c+T_c+E_c (10)

将所有的边根据UAV的访问路径分为无工作点路径、单工作点路径和多工作点路径。

4.根据权利要求1所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：改进遗传-变领域协同搜索算法的领域结构；采用了4种产生最优解邻域的方法：1)两点交换；2)两点插入；3)动态多点调整策略：通过设计一种动态调整策略来确定随机变换的点数目，这种调整策略邻域变换更复杂，局部搜索能力更强；4)基于相似度的调整策略：这种邻域结构通过定义两个随机个体的相似度，只对相似度高的部分进行调整，该策略保留了一些优质基因。

5.根据权利要求1所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：数学仿真包括算法有效性验证，将基本自适应遗传算法AGA，改进型自适应遗传算法IAGA，遗传-变邻域搜索协同算法GAVC，以及改进型自适应遗传-变邻域协同搜索算法IAG-VCA四种算法分别运行10次，得10次实验的平均代价与迭代次数的关系；

数学仿真包括验证改进方法的合理性，将改进初始化与基本初始化、改进自适应交叉、变异率与自适应交叉、变异率以及改进变邻域搜索与变邻域搜索所得到的代价值与收敛速度分别进行对比。

6.根据权利要求1所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：还包括无人机无线充电结构(01)和固定充电站；所述无人机无线充电结构(01)设置于无人机底部；所述无人机无线充电结构(01)内设置有受电装置(02)；所述固定充电站上设置有充电装置(03)；所述充电装置(03)上设置有充电口(011)；所述无人机沿规划路径带动无人机无线充电结构(01)运动至固定充电站上，且所述受电装置(02)受电端运动嵌入充电口(011)内磁吸于充电装置(03)上。

7.根据权利要求6所述的改进自适应遗传-变领域协同搜索的多无人机长时作业路径规划方法，其特征在于：所述无人机无线充电结构(01)还包括安装块(04)；所述安装块(04)固定安装于无人机底部内；所述安装块(04)对应充电装置(03)一端内开设有活动腔(05)；所述安装块(04)远离充电装置(03)一端内开设有空腔(06)；所述空腔(06)与活动腔(05)之间通过隔板(07)分隔开；所述隔板(07)上开设有连通孔(08)；所述空腔(06)内设置有气囊(09)；所述气囊(09)通过连通孔(08)与活动腔(05)连通；所述活动腔(05)远离空腔(06)一端敞开设置；所述受电装置(02)设置于活动腔(05)内；所述受电装置(02)与隔板(07)之间夹设有伸缩弹簧(010)；所述受电装置(02)密封于活动腔(05) 和气囊(09)；所述气囊(09)配合伸缩弹簧(010)牵引受电装置(02)运动进出于活动腔(05)，且所述受电装置(02)对应磁吸于充电装置(03)；

所述受电装置(02)对应充电装置(03)一端渐进减小；所述受电装置(02)磁吸于充电装置(03)时，所述受电装置(02)减小端凸出于活动腔(05)，且所述受电装置(02)突出端对应嵌入充电口(011)内；

所述活动腔(05)靠近隔板(07)一端内壁环向设置有限位环(012)，且所述限位环(012)与隔板(07)间距设置；所述伸缩弹簧(010) 牵引受电装置(02)进入活动腔(05)内时，所述受电装置(02)对应接触于限位环(012)侧壁；

所述受电装置(02)朝向隔板(07)一侧中部固设有散热杆(013)；所述散热杆(013)远离受电装置(02)一端延伸至伸缩弹簧(010)中部；所述散热杆(013)侧壁环向开设有若干通气槽(014)；所述通气槽(014)长度方向与散热杆(013)延伸方向一致；所述受电装置(02)接触于限位环(012)时，所述散热杆(013)对应贯穿于连通孔(08)，且所述气囊(09)通过通气槽(014)连通于活动腔(05)。