[发明专利]无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法

权利要求书

1.一种无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法，其特征在于，包括：

获取异构任务集合和路网数据；其中，所述异构任务集合中包括待巡逻的道路交点对应的点任务和待巡逻的道路线段对应的线任务；

构建无人机与车辆协同执行所述异构任务集合的路径规划模型；其中，所述路径规划模型以将无人机与车辆从巡逻控制中心出发、执行完所述异构任务集合中所有巡逻任务并返回到所述巡逻控制中心所耗费的总时间最小化为优化目标，所述路径规划模型的预设约束条件为根据无人机与车辆协同执行所述异构任务集合的预设场景而设置，所述预设场景包括：搭载有可多次起降的无人机的车辆从所述巡逻控制中心出发，沿着道路行驶，并在道路交口释放所述无人机，所述无人机和所述车辆执行所述点任务或者所述线任务，在所述无人机的电量不足以至于无法继续执行下一个巡逻任务时返回到道路交口与所述车辆汇合并更换电池，并继续执行下一个巡逻任务，直至所述无人机和所述车辆将所述异构任务集合中所有巡逻任务执行完成，所述车辆搭载所述无人机返回到所述巡逻控制中心；

确定所述异构任务集合中所有线任务的多种巡逻方向组合，构建每一种巡逻方向组合所对应的一个访问距离矩阵；将所述访问距离矩阵转化为指派问题进行求解得到在对应巡逻方向组合下车辆单独完成所述异构任务集合中所有巡逻任务时的最短路径，将该最短路径记为候选最短路径；将多种巡逻方向组合下对应的多个候选最短路径进行比较，将最小的候选最短路径作为目标最短路径；其中，所述访问距离矩阵中第i行第j列的元素的值表示第i行对应的任务与第j列对应的任务之间的最短距离，所述异构任务集合中的所有任务作为行方向上的任务，且作为列方向上的任务；

根据所述目标最短路径、所述预设约束条件和预设启发式分配算法，逐个确定所述异构任务集合中的每一个任务是否分配给无人机，得到在实现所述优化目标时无人机和车辆各自执行的任务，并输出所述车辆和所述无人机共同完成所述异构任务集合中所有巡逻任务时所述车辆和所述无人机各自的最优路径；其中，逐个确定所述异构任务集合中的每一个任务是否分配给无人机的过程包括：确定将该任务试分配给无人机时无人机的最优起降点组合，计算在所述最优起降点组合下车辆在该任务对应子路段所花费的第一时间和未将该任务分配给无人机时车辆在该任务对应子路径所花费的第二时间，若所述第一时间小于所述第二时间，则将该任务分配给无人机执行；

根据所述目标最短路径、所述预设约束条件和预设启发式分配算法，逐个确定所述异构任务集合中的每一个任务是否分配给无人机，得到在实现所述优化目标时无人机和车辆各自执行的任务，并输出所述车辆和所述无人机共同完成所述异构任务集合中所有巡逻任务时所述车辆和所述无人机各自的最优路径，包括：

S410、针对所述异构任务集合中的各个任务，依次执行以下遍历步骤，直至所有任务遍历完成：

S411、计算第i-1个任务的结束点与第i+1个任务的起始点之间的最短路径，将该最短路径记为第一子路径；若所述第一子路径经过第i个任务，则退出第i个任务的遍历步骤；若所述第一子路径未经过第i个任务，则执行步骤S412；

S412、从所述第一子路径中选择出无人机的所有起降点组合，并采用预设约束条件对所述起降点组合进行筛选，得到满足所述预设约束条件的起降点组合；针对满足所述预设约束条件的每一个起降点组合，计算所述车辆行驶所述第一子路径所花费的时间；将满足所述预设约束条件的所有起降点组合下所述车辆行驶所述第一子路径所花费的时间进行比较，将最短时间记为第一时间；

S413、根据所述车辆单独完成所述异构任务集合中所有巡逻任务时的目标最短路径，确定由所述车辆执行第i个任务的情况下车辆从第i-1个任务的结束点到第i+1个任务的起始点且经过第i个任务的路径，计算所述车辆经过该路径所花费的时间，并将该时间记为第二时间；

S414、判断所述第一时间是否小于所述第二时间：

若是，则将第i个任务分配给所述无人机，根据所述第一时间对应的起降点组合，确定所述车辆和所述无人机分别从第i-1个任务的结束点到第i+1个任务的起始点的最短路径，将该最短路径记为最优子路径；并将i加1；

否则，确定车辆从从第i-1个任务的结束点到第i+1个任务的起始点且经过第i个任务的最短路径，将该最短路径记为最优子路径，并将i加1，返回到步骤S411；

S420、在遍历完成后，根据所述车辆的各个最优子路径和所述无人机的各个最优子路径，确定所述车辆 的最优路径和所述无人机的最优路径。