[发明专利]一种用于抢险救灾的无人机集群任务协同方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于抢险救灾的无人机集群任务协同方法及系统，属于无人机协同控制技术领域。该系统包括业务调度器以及搜救探测、通信保障和物资投送三类子系统；每个子系统分为战略层、战役层和微动作层三层；业务调度器用于对搜救探测、通信保障和物资投送三类任务的执行时序进行编排调度。本发明可将一个复杂的任务问题分解成若干个相对简单的子问题，然后分别求解这些子问题的最优解，最后由这些子问题的最优解构成原问题的最优解。

技术领域

本发明涉及一种用于抢险救灾的无人机集群任务协同方法及系统，属于无人机协同控制技术领域。

背景技术

旋翼无人机集群已越来越多地应用于抢险救灾场合，可执行人员搜救、通信保障、物资投送等应急任务。由于抢险救灾工作的紧迫性、复杂性，各类应急任务需要在不同区域同时展开，一项任务又需要多架无人机共同完成，是一个典型的多区域、多任务应用问题。各项应急任务的顺利完成需要一个高效的任务协同方法，支持对各类复杂救灾任务的逐级分解，并具有可扩展性，支持增加新的救灾任务功能，保障无人机协同工作以完成各类救灾任务。但是，现有技术中尚缺少这样的无人机集群任务协同技术。

发明内容

为了有效解决面向复杂任务的多智能体任务协同问题，本发明提供一种用于抢险救灾的无人机集群任务协同方法及系统，其能够将一个复杂的任务问题分析拆解为子问题，使得每个子问题非常具体、明确，利于协同算法的设计和实现。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于抢险救灾的无人机集群任务协同方法，包括以下步骤：

(1)构建业务调度器以及搜救探测、通信保障和物资投送三类子系统；其中，搜救探测子系统用于利用机载光电传感器搜索地面人员，同时探测灾区的地形、地貌、地物，为物资投送和通信保障任务提供受困人员位置信息；通信保障子系统用于利用机载通信模块为受灾地区提供通信覆盖，为地面人员提供通信接入服务；物资投送子系统用于利用无人机将应急物资投送到灾区受困人员所在位置，解决受困人员的物资需求；

(2)将每个子系统分为战略层、战役层和微动作层三层；其中，

搜救探测子系统的战略层用于根据搜救探测要求、抢险救灾任务区域大小、机载搜救探测传感器性能，确定完成灾区搜救探测任务所需的无人机数量和类型；

搜救探测子系统的战役层用于将一架无人机分配给灾区的一个子区域，从而确定各个执行搜救探测任务的无人机的责任区，并规划这些无人机搜索遍历责任区的飞行航路计划；

搜救探测子系统的微动作层用于根据灾区光照条件和地物特点，确定无人机开展搜救探测过程中光电传感器载荷的光圈、快门和焦距，并根据障碍物动态情况确定无人机的实际飞行航迹点；

通信保障子系统的战略层用于根据通信保障要求、抢险救灾任务区域大小、地面通信用户的数量、机载通信模块性能，确定完成灾区通信保障任务所需的无人机数量和类型；

通信保障子系统的战役层用于将一架无人机分配给灾区的一个子区域，从而确定各个执行通信保障覆盖任务的无人机的责任区，并规划这些无人机从当前位置到其责任区悬停位置的飞行航路计划；

通信保障子系统的微动作层用于根据灾区光照条件和地物特点，确定无人机开展通信保障过程中通信载荷的功率和频段；

物资投送子系统的战略层用于根据物资投送时限要求、投送物资数量、投送点的数量，确定完成灾区物资投送任务所需的无人机数量和类型；

物资投送子系统的战役层用于将一架无人机分配给灾区的一个子区域，从而确定各个执行物资投送任务的无人机的责任区，并规划这些无人机从当前位置到其责任区投送位置的飞行航路计划；

物资投送子系统的微动作层用于根据投送点周边环境的障碍物情况、投送物资类型、风向、风力，确定无人机开展物资投送过程中的投送高度；