[发明专利]带任务时效性的多平台协作路径规划系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及多平台协作路径规划，尤其涉及一种考虑任务时效性与路径消耗的多平台协作路径规划系统和方法。

背景技术

自20世纪80年代末建立世界上首个基于多智能体的多平台系统以来，多平台系统的很多领域已经成为研究的热点，如多平台任务分配、多平台交互、群平台等。与单个的平台相比，多平台系统具有空间上、时间上和功能上的分布性优势；并且系统的鲁棒性和可靠性更好，可以更加出色地完成远地作业、协助军事行动、协助震后搜索与营救、自动仓库管理、清除危险区域等任务。这里的平台可以是指机器人、无人驾驶车、或其他可移动的设备。因此，可以理解，多平台系统可以是多机器人系统，也可以是由其他可移动设备(例如，无人驾驶车等)组成的协作系统。

其中，为了解决多平台协作路径规划的问题，现已提出各种多旅行商问题(Multiple Traveling Salesman Problem，MTSP)方法。现有的MTSP方法通常只考虑在多平台系统访问任务中总的路径消耗，而并没有考虑由于任务中各个目标节点本身重要性不同而需要具有不同的时效性，这使得整个多平台系统在执行一些例如灾后救援、人流紧急疏散等带有时效性特性的访问任务时表现得很糟糕。

这里，所谓的任务时效性是指目标节点从任务开始后到被访问到之前所等待的时间。显然，重要目标节点等待访问的时间应该尽量少。但是，在以上根据MTSP方法进行多平台协作路径规划中由于仅仅考虑总的路径消耗，因此无法满足目标节点对任务时效性的要求。

此外，多平台在任务访问过程中存在发生碰撞的可能性。仅仅依靠平台自身的避让机制，很难保证多平台系统的访问效率。

发明内容

为了解决带有时效性特性的多目标节点访问问题，本发明提出了一种带任务时效性的多平台协作路径规划系统和方法，在衡量访问任务完成质量的标准时不再仅仅考虑整个平台系统的路径消耗，还同时考量目标节点的任务时效性。

一方面，本发明提出了一种带任务时效性的多平台协作路径规划系统，包括：第一平台和至少一个第二平台，其中：

所述第一平台根据改进的蚁群优化算法进行多平台协作路径规划，为所述第一平台和所述至少一个第二平台中的每个平台生成对应的目标节点序列，以便实现路径消耗和任务时效性的优化目标；

所述第一平台和所述至少一个第二平台中的所述每个平台依据所述对应的目标节点序列、采用A*算法在膨胀的栅格地图上生成路径，并将所生成的路径上报给所述第一平台；

当所述第一平台接收到所述每个平台所生成的路径，根据所述至少一个第二平台中每个平台上报的位姿信息，采用路径避让跟踪算法使所述至少一个第二平台中每个平台在完成访问任务过程中避免碰撞。

进一步地，所述第一平台具有第一通信装置、第一处理装置和第一执行装置，所述至少一个第二平台中的每一个具有第二通信装置、第二处理装置和第二执行装置，所述第一通信装置与所述第一处理装置电连接，所述第一处理装置和所述第一执行装置电连接，所述第二通信装置和所述第二处理装置电连接，所述第二处理装置和所述第二执行装置电连接，所述第一通信装置与所述第二通信装置通过无线方式进行通信。

进一步地，所述第一处理装置依据获取的全局环境信息及任务信息，基于改进的蚁群优化算法进行多平台协作路径规划，为所述第一平台和所述至少一个第二平台中的每个平台生成对应的目标节点序列，其中所述全局环境信息包括所述第一平台和至少一个第二平台完成任务所在的全局地图，所述任务信息包括各目标节点的位置坐标及其权重值；所述第一通信装置将所述对应的目标节点序列发送给对应的第二平台的第二通信装置。

进一步地，基于改进的蚁群优化算法进行多平台协作路径规划，包括如下步骤：

(b.1)计算启发式值，其中启发式值是指两个目标节点之间距离值的倒数；

(b.2)设置参数值：α、β、q、ρ、Q，其中，α为信息素值对蚂蚁路径选择概率的影响程度，β为启发式值对蚂蚁路径选择概率的影响程度，q为权重调节系数，ρ为信息素挥发系数，Q为信息素质量系数；

(b.3)将所有蚂蚁均放置起始节点，各蚂蚁根据概率公式，循环选取未访问目标节点集合中的一个目标节点作为下一个目标节点进行访问，直到所有蚂蚁均完成一次遍历；

(b.4)各蚂蚁的遍历结果生成相应的路径序列，即生成按顺序被访问的目标节点序列；

(b.5)分别根据路径消耗函数和时效性消耗函数计算各蚂蚁的路径消耗值与时效性消耗值；

(b.6)更新信息素值，其中信息素值为蚂蚁根据该路径优劣程度在当前路径上留下的信息素量；