[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

摘要

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。系统包括：第一平台和至少一个第二平台，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，为每个平台生成对应的目标节点序列；每个平台依据对应的目标节点序列生成路径；当第一平台接收到每个平台所生成的路径，根据位姿信息，采用路径避让跟踪算法使每个平台在完成访问任务过程中避免碰撞。综上所述，通过提出考虑任务时效性和路径消耗的多平台协作路径规划系统及方法，有助于提高多平台系统在完成带有时效性的访问任务时的表现。

主权项

一种带任务时效性的多平台协作路径规划系统，其特征在于，包括：第一平台和至少一个第二平台，其中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；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，以便实现路径消耗和任务时效性的优化目标；在每个第二平台中，所述第二处理装置从所述第二通信装置获取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，并将所生成的路径提供给所述第二通信装置；所述第二通信装置将所述生成的路径发送给所述第一通信装置；当所述第一平台接收到所述每个第二平台所生成的路径，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；其中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，其中所述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；(b.7)判断各蚂蚁的遍历次数是否达到要求，若是，转入步骤(b.8)，若不是，转入步骤(b.3)；(b.8)选出最优的目标节点序列，并将生成的最优目标节点序列分别下发给各个相应的平台；这里，概率公式为：其中，表示在第t次迭代过程中第k只蚂蚁从目标节点i移动到目标节点j的概率，表示本次迭代过程中第k只蚂蚁还未访问的目标节点的集合，ηij(t)表示从目标节点i移动到目标节点j的启发式值，τij(t)表示从目标节点i移动到目标节点j的信息素值，ηil(t)表示从目标节点i移动到目标节点l的启发式值，τil(t)表示从目标节点i移动到目标节点l的信息素值；这里，路径消耗函数为：其中，(nij∈ri)，dri表示第i个平台完成任务所需要行驶的路径长度，ri＝{ni1,ni2,…,nik}为第i个平台的需要访问的ik个目标节点所构成的集合；这里，时效性消耗函数为：tri＝∑εj×t(nij)，其中，tri表示第i个平台对所分配到的所有任务节点完成访问任务时的时效性消耗之和，t(nij)表示第i个平台从任务开始到访问到节点j所需时间的预估值，εj表示节点j的权重值。