[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

说明书

本发明提供一种无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法，该方法包括：获取异构任务集合；构建无人机与车辆协同执行异构任务集合的路径规划模型；计算车辆单独完成异构任务集合中所有巡逻任务时的最短路径；根据目标最短路径、预设约束条件和预设启发式分配算法，逐个确定异构任务集合中的每一个任务是否分配给无人机，得到在实现优化目标时无人机和车辆各自执行的任务，并输出车辆和无人机共同完成异构任务集合中所有巡逻任务时车辆和无人机各自的最优路径。本发明采用两阶段求解过程，并采用启发式算法选择任务分配给无人机，这种方法相对于其他求解算法，更加容易地求得最优路径。

技术领域

本发明涉及任务分配技术领域，具体涉及一种无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着无人机与车辆协同执行任务的模式在越来越多的领域中得到应用，如地理测绘、污染检测、交通巡逻、物流配送以及电力巡检等，无人机与车辆在执行任务过程中的路径优化问题也开始受到关注。在该问题下，无人机和车辆的路径是相互影响的，无人机在空中的路径与车辆道路上的路径的需要协同优化，以使得完成任务的成本最小化，同时任务的执行特点以及道路路网的约束等也给求解路径优化问题带来了考验，且随着任务数量的增长以及任务区域的扩大，问题空间呈现“组合爆炸”的特点，精确算法难以解决该类问题，为此需要提供新的解决方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法、装置、计算机设备和存储介质，更加容易地求得最优路径。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种无人机与车辆协同下交通巡逻任务分配的优化方法，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；