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专利号: 202110819779X
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、对待监视路网进行抽象表达,得到路网无向图,获取所述路网无向图中的待监视路段,并设定监视任务时间;

S2、获取所述监视任务时间内的多时段路况信息,根据所述多时段路况信息构建表征时变需求的时空立方体,并从所述时空立方体中提取所述待监视路段的时变需求数值;

S3、根据所述时变需求数值建立顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型;

S4、通过预设算法对所述顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型进行求解,得到最优监视路径方案。

2.如权利要求1所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S3中,所述顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型为:满足:

其中,z表示最大化时空需求覆盖的目标函数;K表示可用无人机集合,k表示无人机序号,Ap为待监视路段的双向弧段集合,L表示多时段集合,qijll’表示弧段(i,j)在时段(l,l’)的监视需求值,(s,s)表示无人机起始点,Tmax表示任务时间,tij表示无人机飞越弧段(i,j)的时间成本,rij表示i、j两点间的最短距离,M表示一个足够大的值; 表示弧段(i,j)是否被k无人机监视,wijll’表示弧段(i,j)在时段(l,l’)是否被监视, 表示弧段(i’,j’)是否在弧段(i,j)后被k无人机服务,bij表示无人机进入弧段(i,j)时的时间点;决策变量wijll’和 为二元决策变量,取值为0表示判断结果为否、取值为1表示判断结果为是;决策变量bij为非负实数变量,取值范围为[0,+∞)。

3.如权利要求1所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S1具体包括:

S1.1、针对目标监视区域的路网进行无向图抽象表达,其中路段抽象为线要素,路口或路段分界处抽象为点要素,得到路网无向图;

S1.2、根据高峰时段监视需求,在所述路网无向图的路段中选取一组需要进行监视的路段集合,并设定完成一次监视任务的监视任务时间。

4.如权利要求1所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S2具体包括:

S2.1、获取所述监视任务时间内的多时段路况数据;

S2.2、按预设网格尺寸标准对目标监视区域进行网格划分,得到多个区域网格,按预设间隔距离对单个时段的线状路况数据进行虚拟点集提取,将虚拟点映射于其所坐落的区域网格中,加和单个网格中所有虚拟点附有的路况数据赋作该网格的监视需求数值;

S2.3、将时间维度加入到网格平面中,划分整个时空域划分为若干个小立方体组成时空立方体,其中单个立方体底面大小对应于网格尺寸,高度对应于单个时段长度,附有对应网格在相应时段的监视需求数值,一层小立方体展示了单个时段的监视需求数据;

S2.4、使用所述路网无向图中的待监视路段集合,与每层时空立方体进行相交处理,加和与单个路段相交的若干小立方体所附有的监视需求数据,将该和值作为该路段的监视需求数值,多时段监测需求组成了该路段的时变需求数值。

5.如权利要求4所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,所述路况数据由交通异常事件相关指标描述,包括:拥堵等级,事故风险等级,一般为实时预测数据。

6.如权利要求1所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S3具体包括:

S3.1、获取所述路网无向图的等价有向图G=(V,A,Ap),其中V是表示路口或路段分界处的节点集合;一个路段由两节点间的双向路段{(i,j),(j,i)}代替,A表示为双向弧段集合,Ap为待监视路段的双向弧段集合;

S3.2、根据顾及时变监视需求的监视目标,确定目标函数为最大化无人机路径的时空需求覆盖;

S3.3、设定约束条件;

S3.4、根据所述目标函数及约束条件,构建顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型。

7.如权利要求6所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S3.3具体包括:

根据无人机飞行特点和飞行任务要求,设定无人机起始位置约束,路段监视次数限制约束,基本流保持约束,以及经过路段和监视路段的关联约束;

根据高峰时段监视任务时间限制,设定无人机飞行时间约束;

为关联无人机路径与时变需求,设定无人机进入待监视路段起始时间的相关约束,以及起始时间与时变需求的关联约束。

8.如权利要求1所述的顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划方法,其特征在于,步骤S4具体包括:

S4.1、设置最大求解时间限制,使用分支切面算法求解所述顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型的最优解,若在最大求解时间内求解达到最优,则直接输出最优解作为最终方案;

S4.2、若达到最大求解时间还未得到最优解,则输出最大求解时间限制下的当前最优解,换用基于迭代局部搜索框架的启发式算法求解次优无人机监视路径方案;选取两种算法求解结果中目标函数更高的解作为最终方案。

9.一种顾及时变需求的高峰时段无人机监视路径规划装置,其特征在于,包括以下模块:

抽象表达模块,用于对待监视路网进行抽象表达,得到路网无向图;

路段获取模块,用于获取所述路网无向图中的待监视路段;

时间设定模块,用于设定监视任务时间;

立方体构建模块,用于根据所述监视任务时间内的多时段路况信息,构建表征时变需求的时空立方体,并从所述时空立方体中提取所述待监视路段的时变需求数值;

数值提取模块,用于从所述时空立方体中提取所述待监视路段的时变需求数值;

模型建立模块,用于根据所述时变需求数值建立顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型;

路径求解模块,用于通过预设算法对所述顾及时变需求的高峰时段多无人机监视路径规划模型进行求解,得到最优监视路径方案。