[发明专利]一种面向城市管理的无人机智能机场选址和任务分配方法

说明书

本发明公开了一种面向城市管理的无人机智能机场选址和任务分配方法，该方法综合考虑飞行距离约束、信号强弱、能量消耗、需求覆盖等因素，利用两阶段随机0‑1规划模型对随机需求实现之前的智能机场选址和随机需求实现之后的任务分配进行了联合优化。同时本发明还公开了一种针对上述两阶段随机0‑1规划模型的、结合遗传算法和动态规划的最优智能机场选址和任务分配算法。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体是一种面向城市管理的无人机智能机场选址和任务分配方法。

背景技术

在城市管理中，经常会在不同地点出现不同的任务需求，如危房改造、污水治理、森林火灾、卫生防疫等。传统使用人工进行管理的模式，不仅占用大量的人力资源、耗时耗力，且常出现监管死角和监管延迟的现象。使用搭载有各种智能设备的无人机以及具备无人值守化作业功能的智能机场，能实现城市管理的灵活部署、无人值守、360度无死角监控、远程操控、及时响应等目标。

目前，已有一些关于无人机智能机场选址的研究，但这些研究通常都没有对智能机场设置成本、任务覆盖、无人机飞行距离、信号强度等进行综合考虑，且没有对随机需求实现前后的智能机场选址和任务分配进行统一优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向城市管理的无人机智能机场选址和任务分配方法，通过最优化智能机场的选址和任务需求在不同智能机场之间的分配，以实现智能机场设置成本、任务覆盖、无人机总飞行距离、总信号强度等目标之间的最佳平衡。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

步骤(1)、任务区域网格化

对二维任务区域进行网格划分，使得任务需求的地点和智能机场的地址均以网格为单位。其中，Φ是所有会产生任务需求的网格的集合，是所有备选智能机场地址的网格的集合。

步骤(2)、一种面向城市管理的无人机任务分配方法，在进行任务分配时，随机任务需求已经实现，智能机场的地址已经给定。所述无人机智能机场为具备无人机收纳、智能待观、自动更换无人机电池、无线通信、电池自动保养、UPS断电保护、故障自检、起飞条件检测等模块构成的地面设备。包括以下过程：

(2.1)、已经给定的智能机场的地址：

式(1)中，Ψ表示所有已经给定的智能机场的地址的集合；

(2.2)、计算智能机场与任务地点之间的距离：

式(2)中表示智能机场i与任务地点j之间的距离，其中i∈Ψ、j∈Φ，(x_i,y_i)是智能机场i的二维坐标，(x^j,y^j)是任务地点j的二维坐标；

(2.3)、计算任务覆盖、无人机总飞行距离、总信号强度，以它们的加权函数最大设置目标函数：

式(3)中，d＝[d^j]_j∈Φ，其中，表示是否将任务地点j的任务分配给智能机场i的决策变量，d^j是表示任务地点j是否有任务的、服从参数为λ^j的伯努利分布的随机变量。α^j表示任务地点j的任务的重要性，RSRP_i^j表示智能机场i与任务地点j之间的平均参考信号接收功率，ω₁、ω₂和ω₃是表示任务覆盖、无人机总飞行距离、总信号强度相对重要性的权重；

(2.4)、对智能机场i的总任务强度进行约束：