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专利号: 2021102079018
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模糊综合评判的供电式无人机最优路径规划方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:建立三维空间模型,并获取非均匀分布的节点获得对应坐标信息;

步骤2:对非均匀无线传感器网络节点进行离群因子分析,对非离群的节点进行粗分簇,根据离群点的特征,获得稳定簇群并标记簇头信息;

步骤3:利用步骤1和步骤2所准备的簇群信息和节点信息,确定紧急充电节点,规划无人机当前位置到紧急充电节点间的路径;

步骤4:利用步骤2和步骤3获得的节点信息和路径信息,采用模糊综合评判的方法在可视区域内确定自适应充电集合,局部动态规划充电路径;包括如下步骤:步骤4.1:在bestpath(Pstart,Pend)三维点集合路径可视区域内遍历节点,其中,可视区域坐标为 搜索可视区间内所有节点信息;

步骤4.2:对遍历的节点依据权重进行模糊综合评判,具体判断参数如下:根据步骤2遍历可视区域内节点相关信息:节点的电量、节点耗电量、邻近节点数、邻近节点剩余电量、是否为簇头、是否为离群点,根据步骤3获得最优路径bestpath(Pstart,Pend)的长度、Pend剩余电量、紧急充电集合S中节点数量,无人机剩余电量确定因素集合:U=[u1,u2,…un];

归一化第i个节点的第m个指标

确定评价指标体系因素集合U上的指标权重:

其中,指标比重 获得模糊综合评判值

若 则加入自适应充电集合S′;

若未创建自适应充电集合S′,则无人机按照步骤3.3获得的最优路径bestpath(Pstart,Pend) 执行充电任务;

步骤4.3:依据步骤4.2中自适应充电集合S′动态更新充电路径,具体步骤如下三步:步骤4.3.1:遍历自适应充电集合S′,依据步骤3.3规划点到点的三维路径:(a)若新增待充电节点仅为一个,最佳路径为:

bestpath(Pstart,Pnew)+bestpath(Pnew,Pend);

(b)若新增节点超过一个,则通过改良圈迭代优化充电顺序,满足:bestpath(Pi,Pj)+bestpath(Pi+1,Pj+1)<bestpath(Pi,Pi+1)+bestpath(Pj,Pj+1),则替换有效;

步骤4.3.2:若无新增充电节点,执行充电任务;若有新增充电节点,根据新充电路径执行充电任务,直至Pend节点充电完成;

步骤4.3.3:若无人机电量未为低电返航电量,则继续循环执行步骤3.1;

若无人机电量仅为低电返航电量,则无人机返航充电。

2.根据权利要求1所述的基于模糊综合评判的供电式无人机最优路径规划方法,其特征在于,所述步骤1中,搭建三维环境采用等分法沿x,y,z轴将三维地图离散化为一个三维点集合,集合中任意一点对应着两个坐标,即位置序号和位置坐标;在三维点集合中获得节点的序号Pi,坐标P(x,y,z),这也关系到步骤2非均匀无线传感器网络节点的分簇及节点电量E={e1,e2,…,ei}的消耗。

3.根据权利要求1或2所述的基于模糊综合评判的供电式无人机最优路径规划方法,其特征在于,所述步骤2按以下步骤实施:步骤2.1:在三维坐标系中,根据步骤1获得的节点信息,采用离群因子分析的方式,依据节点间的欧式距离 比较离群因子与平均值和标准差之间的大小确定离群点;

步骤2.2:对于非离群点进行聚类,随机选择节点作为初始聚类中心,迭代重定位形成k个簇,直到质心不发生变化,质心即为簇头;

步骤2.3:计算离群点至最邻近节点的距离Ndi及平均值 若 且最邻近节点为非离群点则该离群点加入该簇群;反之,该离群点为独立成簇,离群点即为簇头。

4.根据权利要求1或2所述的基于模糊综合评判的供电式无人机最优路径规划方法,其特征在于,所述步骤3中,设置报警阈值,利用步骤1和步骤2所准备的分簇信息和节点信息,确定紧急充电节点S0,规划无人机当前位置到充电锚点间的路径,步骤如下:步骤3.1:设置报警阈值M1,低于报警阈值的节点自动加入紧急充电集合S;

步骤3.2:获得低电量节点的位置信息,无人机查询并更新紧急充电集合S排序,获取紧急充电节点S0的信息;

步骤3.3:在三维点集合中,设置A*算法搜索参数,规划点到点的最优路径bestpath(Pstart,Pend)。