[发明专利]一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法

权利要求书

1.一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立单无人机、多用户、多禁飞区的包裹收集场景模型以及单无人机飞行路径模型；

S2：建立单无人机包裹收集模型、无人机-用户通信连接模型和禁飞区模型；

S3：在约束条件下，以无人机飞行路径和包裹收集策略为优化变量，构建最大化总价值的无人机路径优化问题；

S4：在步骤S3中引入新的变量将问题约束重写，将复杂的优化问题转化为等价的标准凸差问题；

S5：通过使用惩罚凹凸算法求解问题，获得一定飞行时间内，收集包裹总价值最大的飞行路径。

2.根据权利要求1所述的一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法，其特征在于，步骤S3中的约束条件为任务时间、起点目标点、地面用户位置、最大负载、包裹收集点最小信噪比和禁飞区。

3.根据权利要求2所述的一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法，其特征在于，步骤S1中建立的单无人机、多用户、多禁飞区的包裹收集场景模型，包括一下流程；包括一个无人机，假设信号能被无人机的最小接受信噪比为θ，K个用户，用表示，其中每个用户有发送信号的设备，假设用户在T个时隙内是静止的，分别用u_k∈R^2×1表示用户k的二维坐标，N个禁飞区，用表示，用o_n∈R^2×1表示禁飞区中心的二维坐标，用R_n表示禁飞区的半径，用h表示禁飞区的高度，其中禁飞区为高压电力设施、军事设施、机场、政府大楼。

4.根据权利要求3所述的一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法，其特征在于，步骤S1中建立单个无人机飞行路径模型，包括一下流程；用表示无人机执行包裹收集任务所需要的T个时隙的集合，用q[t]∈R^2×1表示无人机在时隙t∈T的水平位置，定义D_max为一个时隙内无人机的最大飞行距离，q[t]满足||q[t]-q[t-1]||≤D_max，其中t∈T\{1}，用q^start＝q[1]表示起点位置，用q^end＝q[T]表示终点位置，用表示无人机的飞行路径，用D(Q)表示无人机在T个时隙内总共飞行的距离，其中无人机的任务是在T个时隙内从q^start飞往q^end并在有N个禁飞区的情况下收集K个用户的包裹。

5.根据权利要求4所述的一种禁飞区约束下的无人机包裹收集路径优化方法，其特征在于，步骤S2中建立单无人机包裹收集模型包括以下步骤：

A1：描述单无人机包裹收集策略；无人机的最大负载为W千克，用户k有一个重量和价值分别为w_k千克和v_k的包裹，假设无人机不能一次收集全部包裹，即∑_k∈Kw_k＞＞W，用指示函数变量c_k∈{0,1}表示用户k的包裹的收集情况，其中c_k＝1表示用户k的包裹被无人机收集，c_k＝0表示用户k的包裹未被无人机收集，无人机收集的包裹的总重量∑_k∈Kc_kw_k≤W；

A2：计算收集包裹的总价值，用C表示无人机收集的包裹的策略，其中用V(C)表示无人机收集的包裹的总价值，即