[发明专利]车辆与无人机协同巡检的路径规划方法及系统

权利要求书

1.一种车辆与无人机协同巡检的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：

获取车机协同巡检相关参数，所述车机协同巡检相关参数包括无人机参数、地面车辆参数、巡检任务参数，以及路网参数；

获取预设的车机协同巡检约束条件，并基于所述车机协同巡检相关参数，以无人机巡检完所有目标点后到达终点时总时间最短为目标函数构建车机协同巡检路径规划模型；所述预设的车机协同巡检约束条件包括巡检目标点路径禁止环路约束、无人机起飞点约束、地面车辆停靠点时间约束，以及无人机和地面车辆访问终点约束；

求解所述车机协同巡检路径规划模型，获取车机协同巡检路径的最优规划方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机参数包括无人机速度和无人机的最长续航时间；

地面车辆参数包括地面车辆速度；

巡检任务参数包括每个目标点需要被无人机巡检的时间；

路网参数包括车机协同巡检过程中的节点坐标集合，所述节点包括起点、停靠点、终点以及目标点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数包括：

minz＝t_*

其中，t_*表示无人机从起点出发并巡检完所有目标点后到达终点的总耗时。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巡检目标点路径禁止环路约束包括：

M×(1-y_ij)≥(Q_i+C_j-Q_j)，i,j∈V_t,i≠j，该约束保证如果无人机从目标点i飞行到目标点j，则无人机从某个停靠点起飞到巡检完目标点i的时间Q_i与无人机在目标点j的巡检时间C_j之和，要小于等于无人机从某个停靠点起飞到巡检完目标点j的时间Q_j，防止无人机的飞行路径出现i→j→...→i的情况；

所述无人机起飞点约束包括：

该约束保证如果无人机从某停靠点i起飞，则该停靠点必须在地面车辆的路径上；

所述地面车辆停靠点时间约束包括：

M×(3-y_ij-x_kj-S_ik)≥|t_j-t_k-d_ij/v₁-Q_i|,i∈V_t,j∈{*}∪V_s,k∈{0}∪V_s,j≠k，该约束保证如果无人机从停靠点k起飞，巡检目标点i，降落到停靠点j，同时地面车辆从停靠点k行驶到停靠点j，则地面车辆离开停靠点j的时刻t_j等于地面车辆离开停靠点k的时刻t_k、无人机从停靠点k起飞到巡检完目标点i的时间Q_i、无人机从目标点i飞往停靠点j的时间d_ij/v₁的三者之和；

M×(1-x_ij)≥|t_j-t_i-d_ij/v₂-s_j|,i∈{0}∪V_s,j∈V_s∪{*},i≠j，该约束保证如果地面车辆从停靠点i行驶到停靠点j，则地面车辆在停靠点j的等待时间s_j等于地面车辆离开停靠点j的时刻t_j与地面车辆到达停靠点j的时刻(t_i+d_ij/v₂)之差；其中，t_i表示地面车辆离开停靠点i的时刻；

M×(3-x_ij-S_ki-y_kq)≥t_q-t_j,i∈{0}∪V_s,j,q∈V_s∪{*},k∈V_t，该约束保证如果地面车辆从停靠点i行驶到停靠点j，无人机从停靠点i起飞，巡检目标点k，降落到停靠点q，则地面车辆离开停靠点j的时刻t_j要大于等于地面车辆离开停靠点q的时刻t_q，即确保无人机必须在降落某个停靠点后才可以继续起飞；

所述无人机和地面车辆访问终点约束包括：

x_*i＝0，i∈{0}∪V_s∪{*}，该约束保证地面车辆在终点*处终止行驶状态；

该约束保证无人机不会从终点*处起飞；

该约束保证无人机从目标点i飞往到终点的次数之和小于等于1；

所述预设的车机协同巡检约束条件还包括：

x_ii＝0，i∈{0}∪V_s∪{*}，该约束保证地面车辆不会在停靠点i处原地循环行驶；

Q_i＝0，i∈{0}∪V_s∪{*}，该约束保证只有当i为目标点时，Q_i的值才有效，其他情况下Q_i的值为0；

其中，M表示接近无穷大的正整数；

v₁表示无人机的速度；

v₂表示地面车辆的速度；

d_ij表示节点i和节点j之间的欧式距离；

Q_i表示无人机从某个停靠点起飞到巡检完目标点i的时间；

T_i表示停靠点i被地面车辆访问的顺序，为连续数字变量，T₀＝1；

s_i表示地面车辆在停靠点i等待无人机的时间；

t_i表示地面车辆离开停靠点i的时刻，t₀＝s₀；

{0}表示起点；

V_s表示所有可以选择的停靠点集合；{*}表示终点；V_t表示所有目标点集合；

C_i表示目标点i需要被无人机巡检的时间，且i∈V_t；

x_ij、y_ij、S_ij均表示决策变量，具体的：