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专利号: 2023100702408
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种车辆辅助多无人机执行任务的协同路径规划方法,其特征在于,所述方法包括:基于所有任务点,并利用集合覆盖模型进行车辆路径规划;

基于所述车辆路径,利用混合邻域搜索的模拟退火算法求解车辆辅助多无人机执行任务的协同路径规划的解。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所有任务点,并利用集合覆盖模型进行车辆路径规划包括:S11、根据无人机飞行半径确定路网内每条路段能够覆盖的任务点;

S12、基于集合覆盖模型获取能够覆盖所有所述任务点的关键道路;

S13、从起点出发,基于距离当前位置最短的所述关键道路优先连接的原则连接所有所述关键道路形成车辆路径。

3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于所述车辆路径,利用混合邻域搜索的模拟退火算法求解车辆辅助多无人机执行任务的协同路径规划的解包括:S21、将所有任务点在车辆路径上的投影点作为车辆候选停靠点,并按照所述车辆候选停靠点在车辆路径上的先后顺序对任务点进行排序;

S22、将任务点排序结果作为基于混合邻域搜索的模拟退火算法的初始解,并利用所述混合邻域搜索的模拟退火算法求解车辆辅助多无人机执行任务的协同路径规划的解。

4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述S22包括:S221、设置和初始化模拟退火算法的相关参数,并将所述任务点排序结果作为模拟退火算法的初始解输入,并计算目标函数值;

S222、对当前解w按照预设的邻域选择规则选择预设的邻域变换规则进行邻域变换,产生新解w’,如果新解w’未被存储过,则计算新解w’的目标函数值f(w’);否则继续按照预设的邻域选择规则选择预设的邻域变换规则进行邻域变换,直至产生新的未被存储的新解w’,并计算目标函数值f(w’);

S223、比较f(w’)和f(w)的大小,若f(w’)≤f(w),则接受新解w’,否则根据Metropolis准则确定是否接受新解w’;当新解w’被接受时,将该新解w’存储起来;

S224、在当前温度T下重复步骤S222和步骤S223进行迭代,并将该状态下迭代出的目标函数值对应的最好的解保存起来,作为当前温度下的最优解,直到当前迭代次数达到预设的最大迭代次数时执行步骤S225;

S225、判断是否满足算法执行的终止条件,若满足,执行S227;否则,转入S226;

S226、温度T逐渐减小,更新每项邻域变换规则的分数和每项邻域变换规则的权重,并执行S222;

S227、算法执行结束,输出当前解作为最优解。

5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预设的邻域选择规则包括:更新每个邻域变换规则的权重,然后采用轮盘赌且根据每个所述邻域变换规则的权重选择邻域变换规则;

其中,按照以下方式更新每个邻域变换规则的权重:

其中,w'i表示更新后的第i个邻域变换规则的权重;wi表示第i个邻域变换规则的初始权重;si表示在同一状态下第i个邻域变换规则的得分;n表示在同一状态下第i个邻域变换规则使用的次数;ρ∈(0,1)为重新计算权重的系数。

6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,每个邻域变换规则的得分si的更新原则为:若接受新解且产生的新解优于当前最优解,则得分+σ1;若是根据Metropolis准则接受的新解,则得分+σ2;否则,得分+σ3。

7.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述预设的邻域变换规则包括:两点交换邻域变换规则:随机选择编码序列中的两个点,交换两个点的位置,产生一条新的编码序列;

两对点交换邻域变换规则:随机选择编码序列中的两组相邻的两个点,交换两组点的位置,产生一条新的编码序列;

逆转序列片段邻域变换规则:即截取编码序列中的小部分片段,逆转该片段,产生一条新的编码序列;

重新插入邻域变换规则:随机选择一个点,将该点从原有位置移动至距离该点最近的另一个点的后面,产生一条新的编码序列。

8.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述算法执行的终止条件包括:当温度降至最低温度;或者连续产生相同的目标函数值的解的个数达到kmax次。

9.如权利要求4所述的方法,其特征在于,目标函数值f(w)为:其中,P表示车辆的候选停靠点集合;Tuav表示无人机最大飞行时间,即无人机续航能力;ri表示车辆到达停靠点i时的无人机数量,i∈P,当ri<0时表示产生了不可行解;di(i+1)表示车辆在两相邻停靠点间的行驶距离,i∈P;δ表示无人机访问一个任务需要花费的时间;

TAi表示车辆到达停靠点i的时间,i∈P;TLi表示车辆离开停靠点i的时间,i∈P;

表示无人机从停靠点j起飞经过一系列任务点 后回到停靠点i的一条完整路径,i∈P,j∈P; 表示无人机完成该路径的飞行距离,完成每一段无人机路径的时间 都要小于等于无人机续航能力Tuav; 表示无人机完成路径 后到达停靠点i的时间,j∈P; 表示无人机执行路径 时从停靠点j发射的时间,j∈P;vgv表示车辆速度;vuav表示无人机速度;M表示一个无穷大的数。

10.一种车辆辅助多无人机执行任务的协同路径规划系统,所述系统包括:存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1~9任一一项所述方法的步骤。