[发明专利]多无人机多耦合任务系统的分布式无等待任务分配方法

说明书

本发明公开了一种多无人机多耦合任务系统的分布式无等待任务分配方法，包括以下步骤：S1任务添加阶段；S2移除重复分配任务并标记问题任务；S3问题任务信息传递阶段；S4标记目前分配中导致时序冲突的任务；S5删除冲突任务；S6交替迭代消解冲突；S7算法迭代循环求解最优分配；本发明将任务开始时间作为一项重要信息，纳入到智能体间的通信协商中，在强耦合的时间约束下对任务分配问题的总体目标进行优化，即在每一轮通信迭代中，追求最大的价值差异性方案，最终使得每个智能体到达任务地点的时间等于任务开始执行时间，得到无等待时间的任务分配结果。

技术领域

本发明涉及一种针对多无人机多耦合任务系统的分布式无等待时间任务分配方法，解决了具有强时序关系的任务组合优化的分配问题，并使无人机到达任务地点的时间等于任务开始执行时间，得到无等待时间的任务调度结果。

背景技术

随着现代信息与通信技术和人工智能技术的发展，具有自主能力的无人机智能体的应用日趋广泛。面对日趋复杂的任务场景，单个无人机效能有限，需要多无人机协同作业，因此多无人机智能体协同任务分配问题逐渐成为当前热点问题。由于基于一个中心节点的集中式分配方法存在计算效率低，响应速度迟缓，对通信链路带宽要求高等缺点，近年来分布式协同任务调度方法,成为任务分配问题的研究热点。

现有的分布式多无人机分配方法大多基于市场拍卖机制，其核心思想是：各智能体分别将分配给自身的任务序列排列组合，并选择效益最大的任务组合作为任务包。于此同时，各智能体通过基于通信拓扑的协商机制进行信息交换，不断删减或修正自身任务包，经过多轮通信协商，最终获得无冲突任务分配方案。然而现有的分布式任务调度方法假设所有任务具有相同的优先级，优化目标主要是为了减少自身任务包所产生的局部成本。因此，很难解决现实任务场景中具有强时序关系的任务组合优化的分配问题。

发明内容

现有的分布式调度方法大多是针对具有相同的优先级任务进行分配，而本发明提出的算法主要针对存在强时序耦合的任务分配问题，并首次给出无等待时间的任务调度结果。使无人机能够在到达任务地点之后立刻开始执行任务，降低了任务的执行成本。

本发明介绍了一种针对多无人机系统的分布式无等待时间的任务分配方法，并将该方法用于复杂环境下时序耦合任务的分配问题，主要步骤如下：

步骤1：无人机获得在新的环境态势下的待分配任务以及任务之间的耦合时间约束信息，并根据现有的无人机、任务信息进行新任务投标。

步骤2：计算各无人机任务分配成本，利用协商机制，按照整体目标减小的原则移除重复投标的任务，若某任t_k移除后会导致时间耦合约束冲突，则标记t_k为问题任务暂不移除。

步骤3：为避免一标多投，无人机向系统公布中标信息，保留问题任务，移除重复投标的任务，初步获得无冲突任务分配。

步骤4：各无人机根据已公布的投标信息，从已有中标任务中筛选出与时间耦合约束冲突的任务，并对这些任务进行时序冲突标记。

步骤5：无人机向系统公布时序冲突标记信息并删除所有存在时序冲突标记的任务。

步骤6：各无人机根据现阶段中标信息，判断是否存在不符合耦合时间约束的中标任务，若存在，返回步骤2，否则进行步骤7。

步骤7：根据智能体招标信息，判断是否存在仍未投标的任务，若存在，返回步骤1，否则输出分配结果，算法退出。

所述步骤1所述的无人机、任务信息包括：位置信息、速度信息、无人机搭载的载荷信息以及完成任务所耗费的载荷信息。各无人机依据任务位置信息，选择与自身距离最近且与所搭载载荷适配的任务纳入待执行任务序列，直至自身搭载的载荷已被全部分配。所述任务之间的耦合时间约束信息形如{t₁,t₂}，是指任务t₂必须在任务t₁开始之后开始执行。