本發(fā)明屬于車機(jī)協(xié)同作業(yè)，具體涉及一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法是指在無(wú)人車與無(wú)人機(jī)協(xié)同工作的場(chǎng)景中，通過(guò)一系列策略和技術(shù)手段，對(duì)任務(wù)進(jìn)行合理分配，并對(duì)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的移動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃，以達(dá)到優(yōu)化任務(wù)執(zhí)行效率、減少資源浪費(fèi)和確保作業(yè)安全等目的的方法。

2、目前的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法一般針對(duì)單一智能體，即同類型的無(wú)人車或無(wú)人機(jī)，無(wú)法直接應(yīng)用到無(wú)人車和無(wú)人機(jī)協(xié)同工作的復(fù)雜環(huán)境中。

3、鑒于此，設(shè)計(jì)一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，具有適用于無(wú)人車和無(wú)人機(jī)協(xié)同工作的復(fù)雜環(huán)境中的特點(diǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

3、s1：將地面目標(biāo)點(diǎn)和空中目標(biāo)點(diǎn)分別分配至無(wú)人車和無(wú)人機(jī)，同時(shí)確定無(wú)人車與無(wú)人機(jī)的匯合點(diǎn)為終點(diǎn)，以得到每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)信息；

4、s2：基于每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)信息搜索初始路徑；

5、s3：基于每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的搜索初始路徑建立安全走廊；

6、s4：基于搜索的初始路徑和建立的安全走廊進(jìn)行路徑優(yōu)化。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，將地面目標(biāo)點(diǎn)和空中目標(biāo)點(diǎn)分別分配至無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的具體步驟包括：

8、s11：每輪為無(wú)人車和無(wú)人機(jī)分配距離最近的目標(biāo)點(diǎn)，并更新無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的位置，在該過(guò)程中，若同一目標(biāo)點(diǎn)被同時(shí)分配至多個(gè)無(wú)人車或無(wú)人機(jī)，則視為沖突，添加新約束，并按照新約束重新進(jìn)行分配；

9、s12：重復(fù)步驟s11，直至剩余的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量為0；

10、s13：所有無(wú)人車當(dāng)前位置，即地面目標(biāo)點(diǎn)作為終點(diǎn)；

11、s14：根據(jù)所有無(wú)人機(jī)當(dāng)前位置，分配距離最近的地面目標(biāo)點(diǎn)作為終點(diǎn)；

12、s15：重復(fù)步驟s14，直至所有無(wú)人機(jī)獲得終點(diǎn)。

13、進(jìn)一步的，所述步驟s2的具體步驟包括：

14、s21：無(wú)人車采用曼哈頓距離作為啟發(fā)式函數(shù)，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)位置、啟發(fā)式函數(shù)和移動(dòng)能力生成可能的候選節(jié)點(diǎn)集合，對(duì)生成的候選節(jié)點(diǎn)集合的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，選擇成本最低的路徑作為初始路徑；

15、s22：無(wú)人機(jī)采用歐式距離作為啟發(fā)式函數(shù)，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)位置、啟發(fā)式函數(shù)和移動(dòng)能力生成可能的候選節(jié)點(diǎn)集合，對(duì)生成的候選節(jié)點(diǎn)集合的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，選擇成本最低的路徑作為初始路徑；

16、s23：無(wú)人車和無(wú)人機(jī)初始路徑規(guī)劃過(guò)程中，檢測(cè)無(wú)人車或無(wú)人機(jī)的初始路徑中是否存在同一時(shí)間占用同一節(jié)點(diǎn)和路徑時(shí)空重疊度，若存在同一時(shí)間占用同一節(jié)點(diǎn)或路徑具有時(shí)空重疊，則視為沖突，為沖突的無(wú)人車或無(wú)人機(jī)添加額外的約束條件，將帶有新約束的無(wú)人車或無(wú)人機(jī)返回初始路徑規(guī)劃中重新進(jìn)行路徑規(guī)劃，直至沒(méi)有沖突。

17、進(jìn)一步的，所述步驟s3的具體步驟包括：

18、對(duì)搜索的初始路徑中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二維或三維延伸，直至延伸過(guò)程中遇到障礙物或地圖邊界停止，即建立出安全走廊。

19、進(jìn)一步的，所述步驟s4的具體步驟包括：

20、s41：建立無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型；

21、s42：定義運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)置約束方程，包括初始狀態(tài)約束、運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和時(shí)間約束，同時(shí)設(shè)置優(yōu)化變量的閾值；

22、s43：基于ipopt求解器求解優(yōu)化搜索的初始路徑和建立的安全走廊，實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

24、本發(fā)明先為無(wú)人車和無(wú)人機(jī)分配地面目標(biāo)點(diǎn)和空中目標(biāo)點(diǎn)，再確定無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的匯合點(diǎn)為終點(diǎn)，以得到無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)，再基于無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)搜索初始路徑，分別定義兩種啟發(fā)式函數(shù)和節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方式，同時(shí)在存在沖突時(shí)可及時(shí)添加約束進(jìn)行重新搜索，再基于搜索的初始路徑建立安全走廊，后對(duì)搜索的初始路徑和建立的安全走廊進(jìn)行雙重路徑優(yōu)化，輸出優(yōu)化的路徑規(guī)劃結(jié)果，較現(xiàn)有技術(shù)而言，無(wú)人車和無(wú)人機(jī)具有獨(dú)立啟發(fā)式函數(shù)搜索初始路徑，同時(shí)具有雙重路徑優(yōu)化，能夠適用于無(wú)人車和無(wú)人機(jī)協(xié)同工作的復(fù)雜環(huán)境中。

技術(shù)特征：

1.一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟s1中，將地面目標(biāo)點(diǎn)和空中目標(biāo)點(diǎn)分別分配至無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的具體步驟包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟s2的具體步驟包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟s3的具體步驟包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟s4的具體步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于復(fù)雜環(huán)境的車機(jī)協(xié)同任務(wù)分配與路徑規(guī)劃方法，屬于車機(jī)協(xié)同作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1：將地面目標(biāo)點(diǎn)和空中目標(biāo)點(diǎn)分別分配至無(wú)人車和無(wú)人機(jī)，同時(shí)確定無(wú)人車與無(wú)人機(jī)的匯合點(diǎn)為終點(diǎn)，以得到每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)信息；S2：基于每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的起點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和終點(diǎn)信息搜索初始路徑；S3：基于每個(gè)無(wú)人車和無(wú)人機(jī)的搜索初始路徑建立安全走廊；S4：基于搜索的初始路徑和建立的安全走廊進(jìn)行路徑優(yōu)化；本發(fā)明無(wú)人車和無(wú)人機(jī)具有獨(dú)立啟發(fā)式函數(shù)搜索初始路徑，同時(shí)具有雙重路徑優(yōu)化，能夠適用于無(wú)人車和無(wú)人機(jī)協(xié)同工作的復(fù)雜環(huán)境中。

技術(shù)研發(fā)人員：趙一帆,王智偉,趙莉,唐嘉寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南民族大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9