[发明专利]基于动态偏好匹配的多月基装备协作任务规划方法

权利要求书

1.基于动态偏好匹配的多月基装备协作任务规划方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、获取场景信息，包括装备集合和任务集合；

装备集合表示为S＝{s₁,s₂,…,s_n},每个装备表示为s_i＝(i,d,A)，装备参数包括装备编号i、相邻动作间最短间隔时长d、装备完成各任务的可用动作集合A；任务集合表示为T＝{t₁,t₂,…,t_n},每个任务表示为t_j＝(j,p,l,B)，任务参数包括任务编号j、任务优先级p、该任务最短执行时长l、各装备可完成该任务的可用动作集合B；任务优先级越高，p的数值越大；A_t的初始集合为空集，需要从各装备处获得该任务的可用动作；

步骤二、为步骤一中获取的装备集合及任务集合建立抽象模型，将多装备多任务规划问题抽象为双边匹配问题；

多装备多任务规划问题可抽象为任务和装备的一对多双边匹配问题，每个任务只能匹配一个装备，一个装备可匹配多个任务，装备可匹配的任务量取决于装备的内部时间约束；装备与任务的双边匹配的目标是为每个任务匹配一个装备，如果只能完成部分任务，那么先完成优先级高的任务；

可用动作是装备和任务相互匹配的纽带，任务通过可用动作确定可与其匹配的装备集合，装备也通过可用动作确定可与其匹配的任务集合；每个装备根据自身的机动能力和能源参数等，预测自身的动作集合A，动作集合中的每一个动作a＝{t,s,[t_s,t_e]}表示装备s能够完成任务t，具有可执行时间范围[t_s,t_e]，t_s是最早开始时刻，t_e是最晚结束时刻；集合A_s中每个动作的任务参数t形成一个集合，表示装备s能够匹配的任务集合，允许A_s是空集，说明装备s无法与任何一个任务匹配；

任务的可用动作集合初始为空，从各装备的可用动作集合中提取动作构成各任务的可用动作集合；将各装备的动作集合A_i(i∈S)中所有符合t＝j的动作a加入到任务j的动作集合B_j(j∈T)中；任务j通过B_j确定能够与之匹配的装备集合，B_j为空说明任务没有能够匹配的装备；

步骤三、在步骤二中建立的双边匹配问题的基础上，改进延迟接受双边匹配算法，在延迟接受双边匹配算法中采用适合装备任务规划问题的偏好排序方法，并加入装备动作时间线上的时间约束处理，生成满足时间约束的多任务规划方案；

所述改进延迟接受接受双边匹配算法，包括如下步骤：

步骤3.1：采用适合装备任务规划问题的动态偏好排序方法；

在规划过程中采用动态偏好排序方法对动作进行排序；

装备偏好任务优先级高的动作，当两个动作的任务优先级相同时选择可替代度低的动作；所述动作的可替代度等于该动作完成的任务的剩余可用动作数加一；

为了让任务更高效地找到可匹配的装备，任务对装备的偏好排序采用基于装备历史工作时长的动态偏好排序方法，任务在每一轮匹配中优先选择装备历史工作时长短的动作，若历史工作时长相同，则开始时刻早的动作优先，若动作开始时刻也相同，则装备编号小的优先；

步骤3.2：任务方发起一轮匹配；首先基于当前的匹配状态更新任务剩余可用动作的装备的历史工作时长，然后每个任务在当前的剩余可用动作集合中按步骤3.1中的偏好排序方法选择最偏好的一个动作，将选中的动作发送给相应的装备，并将此动作从任务的可用动作集合中删除；

步骤3.3：各装备接收到从任务方发送的动作，并将动作加入到装备的动作时间线中；一个装备可能接收到多个任务发送的动作，也可能接收不到动作；

步骤3.4：每个装备更新时间线上所有动作的可替代度；动作的可替代度等于该动作完成的任务的剩余可用动作数加一，即对于动作a＝{t,s,[t_s,t_e]}，a的可替代度p＝|B_t|+1；

步骤3.5：每个装备对动作时间线上的所有动作检查时间约束；

装备中需考虑以下时间约束：相邻动作间最短间隔时长为d；每个动作的起止时间在[t_s,t_e]之间；每个动作不短于其完成任务最少需要的时间r；

步骤3.5.1：判断动作时间线上的动作是否满足时间约束；

采用基于时间跨度的动作顺序方法确定所有动作的前后顺序：当有两个动作a1和a2，a1的开始时刻为s1，结束时刻为e1，a2的开始时刻为s2，结束时刻为e2，如果e2-s1≥e1-s2则a1为前序动作a2为后序动作，如果e1-s2e2-s1则a2为前序动作a1为后序动作；所述排序能够保证两个动作形成的可调整的时间跨度最大，在时间约束下最有可能保留两个动作；基于时间跨度原则，将所有动作排序；

步骤3.5.2：从第一个动作开始检查两个相邻动作间的时间间隔是否大于d，即s2-e1≥d是否成立；若此不等式不成立则将两个动作加入到时间约束待查动作集合Tc中；

对Tc中的动作构建简单时间约束网络，采用最短路径算法判断网络的一致性；若网络一致，说明能够通过调整动作的开始结束时刻满足各项时间约束；若网络不一致说明只能舍弃某些动作以满足约束；

所述舍弃方法为：按步骤3.1中装备对任务的偏好排序方法对Tc中所有动作排序；尝试删除装备最不偏好的动作，若能使时间约束网络满足约束则删除此动作，若不能满足约束则保留这个动作，尝试下一个动作，即装备次不偏好的动作，直到删除某个动作后时间约束网络达到一致状态，说明此时动作间时间关系满足所有时间约束；记录此轮规划中舍弃的动作，被舍弃的动作对应的任务没有成功匹配到装备，需要在下一轮规划继续匹配；

重复步骤3.5.2，直至最后一个动作，得到所有装备的满足时间约束的当前规划方案；

步骤3.6：得到所有装备的满足时间约束的当前规划方案后，判断此时是否能够结束规划；

规划结束的标准为每个任务都被成功匹配，或部分没有成功匹配的任务已经没有能够尝试的可用动作；满足规划结束标准就结束规划，若不满足规划结束标准则返回步骤3.2继续规划；

步骤四：基于动态偏好匹配的多月基装备协作任务规划方法将多装备多任务规划问题建模为考虑时间约束的双边匹配问题，采用改进的延迟接受算法，能够提高多装备多任务规划的价值收益；在延迟接受算法中加入装备动作时间线的时间约束检查功能，使任务规划方案满足装备内部的时间约束，保证装备任务执行的安全性。