CN106200678A - 一种无人机作业自动编队系统及方法 - Google Patents

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杨凌
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马远强
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Abstract

本发明公开了一种无人机作业自动编队系统及方法，包括无人机编队模块和位于基站初始号位的多架无人机；所述的无人机编队模块包括：初始化子模块，用于向无人机发送自检命令，使无人机自检完成后进入待命状态；作业区域确定子模块，确定作业区域；区域划分子模块，用于根据作业的地形地貌和距离远近对作业区域进行划分，生成多个子任务；无人机调度子模块，用于结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。本发明通过任务划分来进行无人机调度，实现无人机的自动编队作业，人力成本低，操作简单，稳定性高。

Description

一种无人机作业自动编队系统及方法
技术领域
本发明涉及一种无人机作业自动编队系统及方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备；广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
随着科学技术的不断发展，无人机有着越来越广泛的应用，例如植保无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等，为生活和工作带来了极大方便。
但是，无人机作业方式主要以培养飞手手动操控来执行任务，这种方式要求的人力成本较高，操作复杂，稳定性差，效率低下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无人机作业自动编队系统及方法，通过任务划分来进行无人机调度，实现无人机的自动编队作业，人力成本低，操作简单，稳定性高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无人机作业自动编队系统，包括无人机编队模块和位于基站初始号位的多架无人机；所述的无人机编队模块通过无线通讯分别与每架无人机连接，对无人机进行自动编队控制；
所述的无人机编队模块包括：
初始化子模块，用于向无人机发送自检命令，使无人机自检完成后进入待命状态；
作业区域确定子模块，用于确定作业区域；
区域划分子模块，用于根据作业的地形地貌和距离远近对作业区域进行划分，生成多个子任务；
无人机调度子模块，用于结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
进一步地，所述的无人机调度子模块包括：
初始任务分配单元，用于按照所述的分配原则为无人机进行初始任务分配；
编队作业单元，用于任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则控制该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
进一步地，所述的无人机调度子模块还包括数量对比单元，用于对待命无人机的数量和子任务的数量进行对比；
所述的初始任务分配单元在无人机数量不小于子任务数量时，安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；在无人机任务数量小于子任务数量时，为每架无人机各安排一个初始作业任务。
进一步地，所述的分配原则包括作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合；
所述作业效率最高原则包括：子任务分配时，根据无人机载重选择执行子任务，载重量越大的飞机优先选择距离近的区域对应的子任务，提高作业效率；
所述距离最近原则包括：子任务分配时，距离越近的子任务，越优先安排无人机执行；
所述耗电量最低原则包括：子任务分配时，耗电量越低的子任务，越优先安排无人机执行；
所述时长最短原则包括：子任务分配时，作业时长越短的子任务，越优先安排无人机执行。
所述的一种无人机作业自动编队系统的编队方法，包括以下步骤：
S1.向位于基站初始号位的多架无人机发送自检命令，无人机自检完成后，进入待命状态；
S2.确定无人机作业区域，根据作业区域的地形地貌和距离远近将作业区域进行划分，生成多个子任务；
S3.结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.比较待命无人机数量和子任务数量：
（1）如果待命无人机数量不小于子任务数量，按照所述的分配原则安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；
（2）如果待命无人机数量小于子任务数量，进入步骤S32；
S32.按照所述分配原则为每架无人机各安排一个初始作业任务；
S33.任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则安排该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
在步骤S3进行任务分配之前，还包括一个分配原则设定步骤：根据作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合进行最终决策，设定合理的分配原则。
本发明的有益效果是：通过任务划分来进行无人机调度，实现无人机的自动编队作业，任一架无人机完成分配的子任务后，按照设定的分配原则控制该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成，人力成本低，操作简单，稳定性高。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种无人机作业自动编队系统，包括无人机编队模块和位于基站初始号位的多架无人机；所述的无人机编队模块通过无线通讯分别与每架无人机连接，对无人机进行自动编队控制；
所述的无人机编队模块包括：
初始化子模块，用于向无人机发送自检命令，使无人机自检完成后进入待命状态；
作业区域确定子模块，用于确定作业区域；
区域划分子模块，用于根据作业的地形地貌和距离远近对作业区域进行划分，生成多个子任务；
无人机调度子模块，用于结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
在本申请中，该系统主要应用于农业上植保无人机对农作物的农药喷洒，施肥等。
所述的无人机调度子模块包括：
初始任务分配单元，用于按照所述的分配原则为无人机进行初始任务分配；
编队作业单元，用于任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则控制该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
所述的无人机调度子模块还包括数量对比单元，用于对待命无人机的数量和子任务的数量进行对比；
所述的初始任务分配单元在无人机数量不小于子任务数量时，安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；在无人机任务数量小于子任务数量时，为每架无人机各安排一个初始作业任务。
所述的分配原则包括作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合；
所述作业效率最高原则包括：子任务分配时，根据无人机载重选择执行子任务，载重量越大的飞机优先选择距离近的区域对应的子任务；
在本申请中，通过作业效率最高原则，能够节约载重高的无人机电量，避免载重高的无人机持续返航充电，（前往任务目的地时耗电量小）进而提高整体任务的执行效率。
所述距离最近原则包括：子任务分配时，距离越近的子任务，越优先安排无人机执行；可在临时天气有变，或无人机主动回收时的飞行距离，提高命令的执行效率。
所述耗电量最低原则包括：子任务分配时，耗电量越低的子任务，越优先安排无人机执行，如海拔越地的区域，高度会对用电量产生影响，优先执行耗电量较低的区域（海拔较低的区域）。
所述时长最短原则包括：子任务分配时，作业时长越短的子任务，越优先安排无人机执行，主要考虑子任务对应作业区域的航线，航线越短，越优先执行。
在本申请的一个实施例中，可根据上述原则中的其中一种来进行任务分配；
在本申请的另一个实施例中，也可以结合作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则来做综合决策；
需要说明的是：在无人机数量不小于子任务数量时，安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务，不存在任务的优先顺序，这时，只需要考虑作业效率最高原则包括：子任务分配时，根据无人机载重选择执行子任务，载重量越大的飞机优先选择距离近的区域对应的子任务。
在无人机数量小于子任务数量时，结合作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则来做综合决策，对初始任务进行分配并实现后续的编队作业，直到所有子任务完成为止。
如图2所示，所述的一种无人机作业自动编队系统的编队方法，包括以下步骤：
S1.向位于基站初始号位的多架无人机发送自检命令，无人机自检完成后，进入待命状态；
S2.确定无人机作业区域，根据作业区域的地形地貌和距离远近将作业区域进行划分，生成多个子任务；
S3.结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.比较待命无人机数量和子任务数量：
（1）如果待命无人机数量不小于子任务数量，按照所述的分配原则安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；
（2）如果待命无人机数量小于子任务数量，进入步骤S32；
S32.按照所述分配原则为每架无人机各安排一个初始作业任务；
S33.任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则安排该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
在步骤S3进行任务分配之前，还包括一个分配原则设定步骤：根据所述作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合进行最终决策，设定合理的分配原则。

Claims (7)

1.一种无人机作业自动编队系统，其特征在于：包括无人机编队模块和位于基站初始号位的多架无人机；所述的无人机编队模块通过无线通讯分别与每架无人机连接，对无人机进行自动编队控制；
所述的无人机编队模块包括：
初始化子模块，用于向无人机发送自检命令，使无人机自检完成后进入待命状态；
作业区域确定子模块，用于确定作业区域；
区域划分子模块，用于根据作业的地形地貌和距离远近对作业区域进行划分，生成多个子任务；
无人机调度子模块，用于结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
2.根据权利要求1所述的一种无人机作业自动编队系统，其特征在于：所述的无人机调度子模块包括：
初始任务分配单元，用于按照所述的分配原则为无人机进行初始任务分配；
编队作业单元，用于任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则控制该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
3.根据权利要求2所述的一种无人机作业自动编队系统，其特征在于：所述的无人机调度子模块还包括数量对比单元，用于对待命无人机的数量和子任务的数量进行对比；所述的初始任务分配单元在无人机数量不小于子任务数量时，安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；在无人机任务数量小于子任务数量时，为每架无人机各安排一个初始作业任务。
4.根据权利要求1所述的一种无人机作业自动编队系统，其特征在于：所述的分配原则包括作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合；
所述作业效率最高原则包括：子任务分配时，根据无人机载重选择执行子任务，载重量越大的飞机优先选择距离近的区域对应的子任务，提高作业效率；
所述距离最近原则包括：子任务分配时，距离越近的子任务，越优先安排无人机执行；
所述耗电量最低原则包括：子任务分配时，耗电量越低的子任务，越优先安排无人机执行；
所述时长最短原则包括：子任务分配时，作业时长越短的子任务，越优先安排无人机执行。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种无人机作业自动编队系统的编队方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.向位于基站初始号位的多架无人机发送自检命令，无人机自检完成后，进入待命状态；
S2.确定无人机作业区域，根据作业区域的地形地貌和距离远近将作业区域进行划分，生成多个子任务；
S3.结合无人机自身状态，根据设定的分配原则进行作业子任务分配，进而控制无人机进行编队作业。
6.根据权利要求5所述的一种无人机作业自动编队系统的编队方法，其特征在于：所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.比较待命无人机数量和子任务数量：
（1）如果待命无人机数量不小于子任务数量，按照所述的分配原则安排等于子任务数量的无人机飞行一次以完成所有任务；
（2）如果待命无人机数量小于子任务数量，进入步骤S32；
S32.按照所述分配原则为每架无人机各安排一个初始作业任务；
S33.任一架无人机完成分配的子任务后，按照所述的分配原则安排该无人机去执行下一个未领取的任务，整个编队的无人机持续不间断的工作，直到将划分出来的子任务全部完成。
7.根据权利要求5所述的一种无人机作业自动编队系统的编队方法，其特征在于：在步骤S3进行任务分配之前，还包括一个分配原则设定步骤：根据作业效率最高原则、距离最近原则、耗电量最低原则和时长最短原则中一种或多种的组合进行最终决策，设定合理的分配原则。
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