[发明专利]一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法

说明书

技术领域

本发明涉及异构多AUV系统的任务协调领域，具体涉及一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法。

背景技术

一般来讲，单个AUV能够胜任一些简单的任务，单个AUV很难高效率的完成一些比较复杂的任务，例如：对不同区域的多种海洋资源，地形勘测的综合勘测任务等。这类规模或复杂性较大的任务中，单个的AUV，无论从能源角度还是勘测能力角度来看，均显得力不从心。于是多AUVs系统MAUVS便应运而生，试图通过多个AUV的共同分工与协作完成整个复杂的任务，其中每一个AUV只需要完成所分配到的某些子任务即可，如何将多个可能具有不同功能，不同性能的AUV合理分配这些子任务，以使该群体的工作效率最高，这一问题变得尤为重要。MAUVS应用为人们提出了许多新的有待解决的关键问题，包括MAUVS的组织结构、协调与协作机制、水下通信、数据融合、新型AUV平台等。国内外诸多研究机构已经在这些方面开展了由单AUV系统向MAUVS过渡的研究，其系统有以下几点优势：1)某些任务是单个AUV无法完成的，必须由MAUVS才能够成功完成；2)任务的高度并发执行在速度上具有绝对优势；3)异构的机器人团队可以组成一个功能强大而且全面的系统；4)知识、数据共享将使MAUVS获得更全面、更健壮的知识库和方法集；5)多水下机器人系统构成的多样性和组织的多样性可以提供单水下机器人无法比拟的解决方案的多样性。

从数学上来讲，多AUV任务协调优化问题是一类复杂的组合优化问题，它属于任务分配和资源优化范畴。在AUV类型及数量一致的情况下，基于任务信息给每个AUV分配一个或多个有序的任务，在任务完成的同时，使得整个AUV系统整体效能最优。目前很多都是单类任务协调和多类任务协调问题，研究方向有如下几类：集中协调控制的方法；分布式控制的方法；经济学的方法国内外文献提出了很多通用的多任务分配算法，运用遗传算法、粒子群算法等智能算法求解，一次性完成多AUV之间的任务分配。针对具有严格任务顺序约束的协作问题也随着AUV执行任务能力的提升成为未来发展趋势之一，要求AUV能实现边探测边处理的功能，这就要求异构型多AUV之间实现有效的自主合作，提高实时性。

多AUV协作系统的技术现状是协作的多个机器人作为整体要完成预定的任务，就必须具备协作决策的能力，而协作以结构方式进行，这种结构的形式目前尚无定论。此外，决策过程由数个不同的阶段组成，且不同阶段的通讯要求各异。在考虑多个自主机器的协作时，一般将协作划分为四个阶段：①理解环境；②规划的实施；③规划选择和任务分配；④认可和执行监控。除了诸如能源、导航以及相应的传感器开发等问题外，多水下机器人系统向人们提出了诸多新的挑战，多平台控制策略、水下通信技术、多平台数据融合技术以及更先进的水下平台等关键技术都需要研究人员不断去探索。

发明内容

本发明主要提供一种针对异构任务系统中，涉及一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法。这种方法以最小化总任务时间为目标进行任务的协调分配，具有较强的实时性。

其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)建立水面工作站与AUV间的通讯，水面工作站通过无线电或无线网络获得每个AUV的初始位置信息，水面工作站通过与AUV间的数据交换获得AUV的精确的位置信息、装备类型信息；

(2)进行水面工作站初始化工作、使命任务下载初始化工作、时钟初始化工作；初始化工作结束后，通过获得的使命任务相关信息，包括每个使命任务区域的坐标信息、海域面积信息，预算出每个使命区域执行扫描的时间；

(3)建立以多AUV任务执行时间最短为目标函数的任务协调模型；

(4)水面工作站根据任务数据信息和AUV的坐标信息对任务使用蚁群算法进行协调优化，得到每个AUV的任务执行序列，并将这些优化结果与任务海域信息发送给AUV；

(5)AUV收到任务指令后，自主前往其使命任务区域进行搜索，并在该海域扫描完成后，AUV上浮，立即将扫描结果回传给水面工作台；

(6)水面工作站一旦收到AUV的扫描结果，立即计算各AUV完成当前任务需要的时间，结合新收到的扫描结果和之前等待执行的任务，对AUV的任务进行重新优化，并将优化结果实时的传递给各AUV，分配后续的任务。

其特征在于，所述的步骤(4)具体包括：