[发明专利]一种路径规划方法及路径规划装置

权利要求书

1.一种路径规划方法，其特征在于，包括：

根据获取到的全部待监控区域的位置、及所要求的监测精度和无人驾驶飞行器UAV的数量，确定UAV对应监测所述全部待监控区域的空间节点位置，以及全部的飞行路径；

根据所述空间节点和所述全部的飞行路径建立路线规划模型；其中，所述路线规划模型包括所述UAV完成的所述飞行路径所用的时间和所述UAV在所述空间节点的监控时间的目标函数；

基于第一预设算法的推演，生成所述路线规划模型的初始解；

基于所述初始解与所述路线规划模型在第二预设算法的推演下，生成所述路线规划模型的最优解；其中，所述最优解表示所述UAV完成对所述待监控区域的监控任务所用的最短监控时间；

所述路线规划模型还包括：所述目标函数的约束条件；

所述约束条件通过公式表示为：

公式1：∑_i∈N\{0}∑_r∈H\{0}∑_k∈Kb_airy_irk≥1其中，a∈A；

公式2：∑_k∈Ky_irk≤1其中，i∈N\{0}，r∈H\{0}；其中，y_irk与上述提到的决策变量y_irk相同；

公式3：∑_j∈N∑_s∈Hx_irjsk＝y_irk；其中，i∈N，r∈H，(i，r)≠(j，s)；其中，x_irjsk与上述提到的决策变量x_irjsk相同；

公式4：∑_j∈N∑_s∈Hx_00jsk＝1其中，k∈K；

公式5：∑_i∈N∑_r∈Hx_ir00k＝1其中，k∈K；

公式6：∑_j∈N∑_s∈Hx_irjsk＝∑_j∈N∑_s∈Hx_jsirk其中，i∈N，r∈H，k∈K；(i，r)≠(j，s)；

公式7：∑_i∈N∑_r∈H∑_j∈N∑_s∈Hx_irjsk≤|S|-1其中，k∈K；|S|≥2；

公式8：∑_i，j∈N∑_r，s∈Ht_irjsx_irjsk+∑_i∈N\{0}∑_r∈H\{0}u_iryirk≤T_max其中，k∈K；

公式9：x_irjsk∈{0，1}其中，i，j∈N；r，s∈H；k∈K；

公式10：y_irk∈{0，1}其中，i∈N\{0}，r∈H\{0}，k∈K；

公式11：μ_00k＝0其中，k∈K；

公式12：μ_jsk≥μ_irk+1-|N|×|H|(1-x_irjsk)其中，i∈N，r∈H，j∈N\{0}，s∈H\{0}，k∈K；(i，r)≠(j，s)；

公式13：0≤μ_irk≤|N|×|H|-1其中，i∈N，r∈H，k∈K；

UAV完成的全部飞行路径所用的时间和UAV在空间节点的监控时间的目标函数表示为：Z＝∑_i，j∈N∑_r，s∈H∑_k∈Kt_irjsx_irjsk+∑_i∈N∑_r∈H∑_k∈Ku_iryirk；

其中，决策变量包括：UAV是否经过两个空间节点之间的飞行路径和UAV是否停留在飞行路径中一个空间节点进行监控；决策变量的取值为0或1，如x_irjsk表示若UAV经过两个空间节点从(i，r)到(j，s)之间的飞行路径取值为1，否则取值为0；y_irk表示若UAV停留在空间节点(i，r)进行监控则取值为1，否则取值为0；

N表示全部待监控区域的空间节点在平面上的点的集合，N为0表示UAV机场，i，j均表示待监控区域在平面上的位置；K表示所有UAV的集合，k表示UAV的索引；A表示所有待监控区域的集合，a表示监控区域的索引；H表示全部待监控区域的所有的监控高度的集合，r，s均表示待监控区域的监控高度，H为0表示UAV机场；

b_air表示若监控区域a可以被停留在(i，r)的UAV监控范围所覆盖取值为1，否则取值为0；t_irjs表示一架UAV从空间节点(i，r)到空间节点(j，s)所需的时间，其中，i，j∈N，r，s∈H；u_ir表示一架UAV停留在空间节点(i，r)并进行监控的时间，其中，i∈N\{0}，r∈H\{0}；T_max表示每架无人机的最大飞行时间；

μ_irk表示无人机k访问过的空间节点数；i∈N，r∈H，k∈K；μ_00k＝0，表示该UAV在UAV机场起飞。