[发明专利]一种基于多目标粒子群优化的无人机航迹规划方法

说明书

本发明属于无人机航迹规划技术领域，具体涉及一种基于多目标粒子群优化的无人机航迹规划方法。本发明将通过5G通讯技术与GPS定位技术获取到的无人机和用户位置等信息，同时传回到数据处理服务器，使用两阶段基于分解的多目标粒子群优化算法进行可行航迹规划，输出一组可行方案，再由数据服务器端向当前区域的无人机发出指令，使无人机按顺序执行出行计划。本发明可以与编队策略、避障策略、目标检测、三维路径规划等技术方向进行有机结合，以提高航迹规划方案的可行性，增加无人机航迹规划规划的功能性，增加无人机管理与决策的效率，同时满足不同应用的总体目标函数与约束条件。

技术领域

本发明属于无人机航迹规划技术领域，具体涉及一种基于多目标粒子群优化的无人机航迹规划方法。

背景技术

由于5G通信技术的发展，使通信速度加快、时延更低、获得的信息可靠性更高、覆盖范围更广，提供了从无线网到核心网络解决方案，配合GSP定位可获得无人机和用户更加准确的位置，因此可以通过5G通信技术和GPS定位技术，使5G网联的无人机终端、用户端和地面控制终端均通过5G网络进行数据传输和控制指令传输，在数据处理和控制指令发出的问题上，将使用当前区域的数据处理服务器来进行计算。

目前国内在无人机的航迹规划方面已有了一些进展，在民用方面使用无人机进行快递配送、救灾物资投放、喷洒田地也成为了新的目标，其所应用的技术具有巨大的市场潜力。无人机的使用可以减少人力，为人类提供更便利的生活且使人类远离危险地带。目前无人机可以负重3kg、飞行长达150公里，能应用于小型民用包裹的交付。

在无人机航迹规划问题上，可以为每架无人机在载荷、航距、通信、算力等资源限制下，分配最佳的航行路线，以确保无人机群可完成任务，且达到航程最短、消耗时间最短、调用无人机数量最少等效果。因此可以将该问题转化为多目标优化问题，在当前区域的数据处理服务器上进行求解。此外民用快递无人机可使用类似直升机的旋翼无人机，其具有垂直起飞和着陆的功能，方便爬楼和释放包裹。另外，无人机在固定高度匀速飞行时基本不会遇到障碍，并可到达目标点后再相应进行升降高度，因此在计算航程时也可不考虑高度并且也减少了飞机斜向飞行造成碰撞的几率，同时还将三维问题转化为二维问题，因此可将该问题转化为VRPTW问题进行处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多目标粒子群优化的无人机航迹规划方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：获取无人机的信息数据和用户的信息数据；

步骤2：设置种群数量pop_size，初始化迭代次数k＝0；

步骤3：根据应用约束条件和目标函数，混合使用贪心算法和随机算法为pop_size个粒子生成可行航迹，作为初始粒子群pop，同时保存各粒子的位置和速度；对种群中每一个粒子生成均匀权重向量pi为粒子的索引，ni∈{1,2,3,4,5}；

将无人机的航迹规划问题表示为一个完整有向带权图G＝(C,E)中的优化问题；顶点集C＝{0，…，|V|-1，|V|，……，n+|V|-1}；n为该区域总用户数；V为该区域无人机集合；|V|为该区域无人机总数；r为无人机c_r的索引，r＝0,…,|V|-1；边集E＝{c_i,c_j|c_i,c_j∈C,i≠j}，每条边c_i,c_j表示用户c_i与用户c_j之间的链接；i代表每条边的起点，i＝r,|V|,…,n+|V|-2；j代表每条边的终点，j＝|V|,…,n+|V|-1；

约束条件为：

(1)边与顶点的约束：恰好有一条路径进入和离开与用户相关联的每个顶点；