[发明专利]一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法

说明书

本发明涉及一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法，包括如下步骤：步骤1：二维区域覆盖任务分配。其中，步骤1包括：1.1、建立优化目标函数；1.2、设计非线性约束条件；1.3、求解任务分配的凸优化问题并生成航路点。步骤2：飞行器的空中交通调度。其中，步骤2包括：2.1、设计飞行器的状态；2.2、设计飞行器的防碰撞状态机。本发明给出的方法可以适用于多种不同二维区域的覆盖任务(如农田植保、测绘、巡逻等)，提高了飞行器的工作效率、作业安全性，同时节省时间和人力。

技术领域

本发明涉及一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法，该发明属于多飞行器技术领域。

背景技术

飞行器在诸多二维区域覆盖任务中得到广泛应用，例如巡逻、测绘、田地信息监测、药物喷洒、农田播种和作物授粉等。然而在实际应用中，通常采用单机作业模式，降低了作业效率及智能化程度。针对多架飞行器同时对较大范围内的不规则区域进行覆盖作业，需要进行合理的任务分配和空中交通调度，使得所有飞行器都能高效安全且不重复的作业。因此，研究一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法是十分重要且有意义的。

发明内容

本发明给出了一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法，包括任务分配和空中交通调度。它解决了诸如农田植保、测绘、巡逻等二维区域覆盖任务的智能化和自动化问题，节省时间和人力。

本发明的任务分配中，待分配的任务是如图1所示的待作业二维区域，长度为w_r，宽度为h_r。飞行器的机载设备工作时可以覆盖一定宽度w₀，所以该区域可被等间距的分为n＝w_r/w₀条待工作路径。多架飞行器需要共同完成该区域的覆盖作业，即m架飞行器对n条待工作路径实施作业。如图2所示，飞行路径被分成四部分：机载设备工作路径l₁、机载设备工作转换路径l₂、往返充电路径l₃和任务结束返回路径l₄。为使作业有序的进行，本发明制定以下的规则：

(1)飞行器做三维空间运动；

(2)飞行器数目＝1，且是任意的；

(3)飞行过程中需要防止飞行器之间相互碰撞；

(4)飞行器快没电时返回起始点充电，充好电后返回之前工作点继续工作；

(5)允许工作时突然有飞行器故障，其它飞行器能够重新进行任务分配；

(6)工作时机载设备启动，非工作期间机载设备关闭；

(7)起飞降落高度为0，其余高度为h₀；

(8)任务开始时所有飞行器在起始点处起飞，任务完成返回到起始点降落；

(9)在不能重复遍历的条件下遍历全部区域；

(10)假定每架飞行器往返充电的距离都是固定的，即飞行器任务中心点和起飞点之间的距离近似为每次充电的往返距离。

(11)飞行器在飞行过程中的速度是固定值，即飞行器在起飞、巡航、机载设备工作和降落时的速度都是v_q。

(12)所有飞行器均是同一型号，即所有飞行器的最大电量和充电时间都是相同的。

本发明提出一种针对二维区域覆盖任务的多机调度方法，整体的流程框图如图3所示。具体的实现步骤如下：

步骤1：二维区域覆盖任务分配

1.1、建立优化目标函数

覆盖任务的优化目的是使最大的飞行器完成其机载设备工作任务的时间达到最小。因此，建立优化目标函数如下：