[发明专利]无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化方法及装置

说明书

本发明涉及一种无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化方法及装置，该方法中针对多架固定翼无人机对多块矩形农田执行一种任务的情况，首先获取执行本次任务的的两个时间窗、固定翼无人机信息以及所述多块候选农田的农田信息，接着根据这一信息基于预设的MUAV‑MTW‑DTOP模型以及遗传算法，获得能够使得该模型获得最大总收益的最优解，并将该最优解作为本次作业的任务分配和航迹规划结果。本发明提供的方法能够自动获得无人机的任务以及航迹规划，使得无人机可以按照该任务以及航迹规划自动执行作业任务，避免受到人为操作的影响。此外，基于该结果执行作业任务的无人机也在有限的飞行时长内能够对多块农田作业并获得最大总收益从而能够有效地提高作业的效率。

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化方法及装置。

背景技术

随着农业机械化程度的不断深化，无人机以其作业效率高、劳动强度小、综合成本低等方面的优势，迅速成为农业作业过程中一种重要的方式，已经在精量播种、植被检测、农药喷洒等农业航空作业中有着广泛的应用。例如，可以利用无人机对草本植物的发芽状况和杂草程度进行检测，或使用无人机对稻田进行农药喷洒来控制飞虱等等。

目前的无人机大致可以大致分为多旋翼(例如四旋翼、六旋翼或八旋翼无人机等)以及固定翼两大类。其中固定翼无人机以飞行距离长、巡航面积大、飞行速度快、高度高等优点被较为广泛应用于农业作业中。

然而，在实施本发明的过程中发明人发现，由于当前固定翼无人机作业主要是人为遥控为主，实际作业的效果受到操作员的操作水平的影响较大，且通过人为即视的方式规划的航线与理论航线偏离严重，导致无人机的作业遗漏率和重复率往往偏高。且当多个操作员对多个固定翼无人机操作时，彼此之前也缺乏协同。

此外，在利用固定翼无人机进行农药喷洒航空作业过程中，影响作业执行的因素有很多，如执行工作的时间以及无人机的飞行时长等。例如，当一天的工作时间被分为两段时，多架固定翼无人机在飞行时长有限的情形下如何对多块农田喷洒农药，如何进行最为合理的航迹规划使得喷洒后的农田总收益最大(也即完成喷洒任务的农田药效的总和最大)也成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化方法及装置，用于解决现有技术中无人机的航行受人为操作的影响较大，且当一天的工作时间被分为两段时，如何利用多架固定翼无人机在有限的飞行时长内对多块农田作业获得最大总收益的问题。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化方法，当多架固定翼无人机对多块矩形农田执行一种任务时，所述方法包括：

获取执行本次任务的两个时间窗、固定翼无人机信息以及所述多块候选农田的农田信息；

对所述时间窗信息、无人机的信息以及所述农田信息进行编码，随机生成多条染色体；在所述随机生成的多条染色体中，筛选出满足预设的MUAV-MTW-DTOP模型所定义的预设约束条件的染色体，构建所述MUAV-MTW-DTOP模型的初始解集；其中，所述MUAV-MTW-DTOP模型为使得按预设的飞行方式飞行的所述多架固定翼无人机在此次作业任务中获得最大总收益的目标函数；所述预设约束包括每架固定翼无人机所飞行时长约束以及两个时间窗约束；

基于预设的遗传算法对所述初始解集进行不断交叉和变异，直至满足迭代次数的约束后结束交叉和变异，并在经过变异后的解集中选择使得所述模型获得最大总收益的最优解，并将所述最优解作为本次作业的任务分配和航迹规划结果。

第二方面，本发明的又一个实施例提供了一种无人机航空作业任务分配与航迹规划联合优化装置，当多架固定翼无人机对多块矩形农田执行一种任务时，所述装置包括：

信息获取单元，用于获取执行本次任务的两个时间窗、固定翼无人机信息以及所述多块候选农田的农田信息；