[发明专利]多无人机探测任务分配与航迹规划联合优化方法及装置

摘要

本发明涉及一种多无人机探测任务分配与航迹规划联合优化方法及装置，该方法中针对于固定翼无人机对多块待探测区域执行作业任务的情况，首先获取执行本次任务的执行任务的类型、执行任务时的天气状况、待探测区域信息、固定翼无人机信息，接着根据这一信息基于预设的模型以及算法获得能够使得该模型获得最大总收益的最优解，并将该最优解作为本次作业的任务分配和航迹规划结果。本发明提供的方法能够根据预设的模型及算法自动获得本次作业中每架无人机的任务以及航迹规划，使得各架无人机可以按照该任务以及航迹规划自动执行作业任务，在避免出现各架无人机彼此不协同的情况发生的同时，还能够获得最大总收益，从而能够有效地提高作业的效率。

主权项

一种多无人机探测任务分配与航迹规划联合优化方法，其特征在于，当多架固定翼无人机在时间窗内对多块待探测区域执行探测任务时，所述方法包括：获取执行任务的类型、执行任务时的天气状况、待探测区域信息、固定翼无人机信息；获取满足预设的MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型约束条件的初始解集，其中，所述MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型为使得按预设的联合优化飞行方式飞行的所述多架固定翼无人机在此次探测任务中获得最大总收益的目标函数；所述预设的MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型约束包括每架固定翼无人机所飞行时长约束、无人机最小转弯半径约束以及待探测区域时间窗可变约束；采用预设遗传算法并基于所述初始解集对所述MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型求解得到最优解，并将该最优解作为多架无人机对多块探测区域的任务分配和航迹规划联合优化的结果；所述MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型的目标函数为：maxΣu=1NUΣw=1WΣi=1NASPiwxiwu,]]>其中，SPiw=SQi∫siwusiwu+tiwuPiw(t)dttiwu*104;]]>所述MUAV‑VTW‑VP‑DTOP模型的约束条件为：Σu=1NUΣw=1WΣi=0NAyiNAwu=Σu=1NUΣw=1WΣj=1NA+1y1jwu=WNU,]]>Σi=0NAyikwu=Σj=1NA+1ykjwu=xkwu;∀k=1,...,NA;∀u=1,...,NU;∀w=1,...,W,]]>siwu+tijwu-sjwu≤M(1-yijwu);∀i,j=0,...,NA+1;∀u=1,...,NU;∀w=1,...,W,]]>Σu=1NUΣw=1Wxiwu≤1,∀i=0,...,NA+1,]]>∃w∈{1,2,...W]:Oiwu≤siwu≤Ciwu,tiwu≤Ciwu-siwu;∀i=1,...,NA;∀u=1,...,NU,]]>Σi=0NA+1(xiwutiwu+yijwutijwu)≤Ewu;∀u=1,...,NU;∀w=1,...W,]]>xiwu∈{1,0};yijwu∈{1,0};∀i,j=0,...,NA+1;∀u=1,...,Nu;∀w=1,...,W;]]>其中，Nu表示无人机Uu的个数；NA表示待探测Ai的总个数；A0,ANA+1表示所有无人机的起始点和终点，所述起始点与终点为同一点；W表示时间窗的个数；SPiw表示在第w个时间内完成待探测区域Ai的任务所获得的收益；SQi表示待探测区域Ai的面积；Piw(t)为连续变化函数；M的值为预设值；siwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai开始探测任务的时间，sjwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Aj开始探测任务的时间；Oiwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai可以探测的开始时间；Ciwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai可以探测的结束时间；tiwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai按照预设的联合优化飞行方式执行任务的时间；tijwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai,Aj之间按照预设的联合优化飞行方式飞行的时间；Eu表示无人机Uu的最大飞行时长限制；xiwu表示无人机Uu在第w个时间内对待探测区域Ai完成探测任务的情况，若xiwu＝1，则表示完成探测任务，否则无人机Uu没有对待探测区域Ai执行任务；yijwu表示无人机Uu在第w个时间内是否经过待探测区域Ai,Aj，若yijwu＝1表示无人机Uu在第w个时间内经过待探测区域Ai,Aj，否则该无人机没有经过待探测区域Ai,Aj。