CN113283789A - 空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备。所述方法包括：获取空间站短期任务规划的场景信息；并根据场景信息中的待规划事件的时间约束、逻辑约束以及开始执行时间初值顺序，构建任务时序链；根据待规划事件执行时间初值顺序，得到事件初始规划序列，对多个任务时序链中同一位置的待处理事件根据事件间的冲突情况进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列，并将符合条件的待裁剪事件插入到事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列，并输出。采用本方法能在很短的时间内以非常小的计算代价快速求得空间站运营任务规划问题的一个较高质量的规划方案，可满足工程实际应用。

Description

空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及空间站在轨运营任务规划的技术领域，特别是涉及一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备。

背景技术

我国将在2022年前后建成三舱构型、质量规模约60吨的近地轨道空间站。作为可供人类长期生活和工作的基地以及人类进行深空探索的重要保障，空间站在运营过程会涉及到飞行轨道方案、航天员在轨驻留与轮换方案、大型载荷应用方案、货运飞船补给方案等繁多复杂的在轨任务。为保证空间站建成后的长期持续运营管理和空间任务有效开展的问题，需要在空间站任务开展之前对一定时间内的空间站在轨任务进行统筹规划，确保空间站在轨任务的顺利开展。

空间站运营任务规划问题实际上属于约束可满足问题，规划过程中的时间约束处理方法是解决该类任务规划问题的关键技术之一。目前在对空间站运营规划相关技术的研究中，如空间站长期运营总体任务方案规划方法和空间站短期任务计划多目标优化方法等，一般只考虑了绝对时间下的事件执行时间约束，对于任务事件间相对时间约束研究较少。在空间站短期任务规划中不考虑事件间存在的约束关系，会导致的任务规划方案安排不合理，造成资源浪费，不适合实际工程需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备。

一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法，所述方法包括：

获取空间站短期任务规划的场景信息；所述场景信息包括待规划事件、场景时间信息以及资源属性信息。

根据所述待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链；所述任务时序链包括多个待规划事件；所述时间约束关系用于确定事件执行时间区间、事件执行时间初值以及标称时间点；所述逻辑约束关系用于确定事件时间逻辑关系。

根据所述待规划事件在所述任务时序链中的位置，确定所述待规划事件的规划层级。

根据所述任务时序链和所述规划层级，得到事件初始规划序列。

根据任务时序链数量、每个所述任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个所述任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度。

根据所述待规划事件的预设优先级、所述待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对所述事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的所述待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列。

以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到所述事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

根据所述最终事件执行时间序列，统计资源需求，输出最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

上述空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法、装置及设备，该方法通过获取空间站短期任务规划的场景信息；并根据场景信息中的待规划事件的时间约束关系、逻辑约束关系以及开始执行时间初值顺序，构建任务时序链，计算每个事件的关联重要度；根据待规划事件执行时间初值的顺序，得到事件初始规划序列，对多个任务时序链中同一位置的待处理事件根据事件间的冲突情况进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列，并将符合条件的待裁剪事件插入到事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列，并输出。采用本方法进行规划能在很短的时间内以非常小的计算代价快速求得空间站运营任务规划问题的一个较高质量的规划方案，可满足工程的实际应用。

附图说明

图1为一个实施例中空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法的流程示意图；

图2为一个实施例中任务事件时间点与执行区间关系示意图；

图3为一个实施例中任务时序链的结构示意图；

图4为另一个实施例中冲突化解策略流程图示意图；

图5为另一个实施例中快速规划空间站运营任务的时间冗余启发式方法的流程示意图；

图6为一个实施例中空间站运营任务的时间冗余启发式规划装置的结构框图；

图7为一个实施例中设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法，该方法包括以下步骤：

步骤100：获取空间站短期任务规划的场景信息。

场景信息包括待规划事件、场景时间信息以及资源属性信息。

执行时间区间是在规划过程中同一待规划事件存在多个时间约束时，待规划事件的实际执行区间即为多个时间约束的交集，若该交集为空，则事件无可执行区间。

待规划事件可拆解为三个时间量，分别是开始点P^s、结束点P^e以及持续时长D，任务事件时间点与执行区间关系如图2所示，其中P^s必须在任务事件执行区间内，而P^e则不需要。

步骤102：根据待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链。

任务时序链包括多个待规划事件。

时间约束关系用于确定事件执行时间区间、事件执行时间初值以及标称时间点；逻辑约束关系用于确定事件时间逻辑关系。

当待规划事件的标称时间点在事件执行时间区间内，则将单个待规划事件的开始执行时间初值取为标称时间；若标称时间点在事件执行时间区间外，则将单个待规划事件的开始执行时间初值取为执行时间区间最早发生时间；若有多个标称时间，则初值取标称时间均值。

标称时间是该待规划事件的最优执行时间，在进行任务规划过程中，应尽可能地将任务的执行时间安排在标称时间点上。

任务时序链是在规划过程中由事件的时序关系而形成的链式结构。在同一次规划中，待规划事件可梳理成多条任务时序链，每一条任务时序链的起点即为整条任务时序链所有事件的源事件。任务时序链的结构如图3所示。

步骤104：根据待规划事件在任务时序链中的位置，确定待规划事件的规划层级。

处于任务时序链中相同位置的待规划事件即为同一规划层级的待处理事件。

步骤106：根据任务时序链和规划层级，得到事件初始规划序列。

事件初始规划序列是基于时间冗余策略形成的一个带有约束冲突的初始规划方案。

时间冗余策略是在满足各项任务需求和硬约束下且尽可能满足软约束条件下，应使任务中的活动尽可能早地安排执行。同时为进一步保证事件执行时间尽可能靠近事件的标称时间，在时间冗余策略原始定义的基础上，直接按事件标称时间将事件安排于时间轴，后按延迟发生策略，或取消执行策略进行约束冲突化解，即“在满足各项任务需求和硬约束下且尽可能满足软约束条件下，使事件尽可能在标称时间安排执行”。

步骤108：根据任务时序链数量、每个任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度。

在每条任务时序链中，每一个事件的关联重要度由其所在时序链重要度、事件本身的优先级E_Priority以及后续待规划事件数N_F共同决定。所在时序链重要度是由任务时序链总数，每条任务时序链中所有事件优先级以及每条任务时序链中的事件总数计算得到的。

步骤110：根据待规划事件的预设优先级、待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列。

在实际规划过程中，依据事件所处规划层级对多条任务时序链进行并行处理，同一规划层级事件处理完毕后，继续处理下一层级事件。

冲突化解策略包括延迟发生策略和取消执行策略。

根据待规划事件的预设优先级冲突、事件关联重要度冲突以及资源消耗量冲突，确定需要冲突调整的事件，然后对需要冲突调整的事件采用延迟发生策略和取消执行策略进行冲突化解。

(1)延迟发生策略

根据约束冲突判断事件是否可执行，若不可执行，则在事件执行时间区间内逐步延迟事件的开始时间，并继续判断能否执行，直至冲突结束。

(2)取消执行策略

根据约束冲突判断事件是否可执行，若不可执行则直接取消该事件，将其归入裁减事件中。

步骤112：以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

满足要求的待裁剪事件是事件开始时间在事件执行区间内的待裁剪事件。

步骤114：根据最终事件执行时间序列，统计资源需求，输出最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

上述空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法中，通过获取空间站短期任务规划的场景信息；并根据场景信息中的待规划事件的时间约束关系、逻辑约束关系以及开始执行时间初值顺序，构建任务时序链，计算每个事件的关联重要度；根据待规划事件执行时间初值的顺序，得到事件初始规划序列，对多个任务时序链中同一位置的待处理事件根据事件间的冲突情况进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列，并将符合条件的待裁剪事件插入到事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列，并输出。采用本方法进行规划能在很短的时间内以非常小的计算代价快速求得空间站运营任务规划问题的一个较高质量的规划方案，可满足工程的实际应用。

在其中一个实施例中，步骤102还包括：根据每个待规划事件的时间约束，计算得到每个待规划事件的事件执行区间；事件执行区间是根据事件的标称时间点、预设的执行区间前偏移量以及预设的执行区间后偏移量确定的，标称时间点是待规划事件的最优执行时间；事件执行区间的表达形式为：

其中：TP_S表示标称时间点，

表示预设的执行区间前偏移量；

表示预设的执行区间后偏移量。

当标称时间点在事件执行时间区间内，则将待规划事件的标称时间点作为待规划事件的开始执行时间初值；当标称时间点在事件执行时间区间之外，则将待规划事件在事件执行区间内最早发生时间作为待规划事件的开始执行时间初值；当待规划时间存在多个标称时间点时，则将多个标称时间点的均值作为待规划事件的开始执行时间初值；根据待规划事件的开始执行时间初值的早晚顺序以及待规划事件之间的逻辑约束，将待规划事件梳理成多条任务时序链；待规划事件的逻辑约束包括：共存、唯一以及互斥。

共存：两个事件必须同时存在或不存在于任务方案中，唯一：两个事件必须有且只能有一个事件存在于任务方案中，互斥：两个事件在某一时间段内不可同时执行。

在另一个实施例中，基于任务规划制约因素与基本原则，建立事件时间约束描述模型以及逻辑约束描述模型的具体方法为：

(1)建立规划事件时间约束描述模型。

在规划过程中，同一事件可存在多个时间约束，任务的实际执行区间即为多个时间约束的交集，若该交集为空，则事件无可执行区间。任务事件可拆解为三个时间量，分别是开始点P^s、结束点P^e以及持续时长D，如图1所示，其中P^s必须在任务事件执行区间内，而P^e则不需要。

每一个时间约束都采取“标称时间点+前/后偏移量”的表示形式，因此时间约束的描述参数为：

其中TP_S为标称时间点，即为该任务的最优执行时间，在进行任务规划过程中，应尽可能地将任务的执行时间安排在标称时间点上；

为预设的执行区间前偏移量；

为预设的执行区间后偏移量。执行区间为：

对于标称时间点的描述，一般有绝对时间以及相对时间两种方式，而由于短期任务一般需要提前数月进行规划，造成了时间上的不确定性，增加了绝对时间的获取难度，使得绝大部分任务的标称时间点需要采用相对时间进行描述。标称时间点的相对时间描述参数为：

{P_Main,P_Relative,TR,M_TR}

其中，P_Main为主事件时间点可为事件的开始点

或结束点

P_Relative为相对时间点，根据类型分为两类：(1)特征时间点

任务执行过程中的重大时间节点，如飞船入轨点、分离返回点等，该类时间点在短期任务规划前由工程总体分析设计得到，作为规划的输入参数之一；(2)相关事件时间点：相关事件的开始点

或结束点

TR为主事件时间点P_Main与相对时间点之间的时间关系包括：<，表示主事件时间点P_Main在相对时间点P_Relative之前；＝，表示主事件时间点P_Main等于相对时间点P_Relative；>，表示主事件时间点P_Main在相对时间点之后；M_TR相对时间量。

因此，对于时间约束描述，可表述为：

(2)建立规划事件时间逻辑描述模型。

在规划过程中，除了时间约束外，还需要考虑逻辑约束对事件可执行时间区间的影响。目前在规划中共考虑了三种逻辑关系，分别是：(1)共存：两个事件必须同时存在或不存在于任务方案中；(2)唯一：两个事件必须有且只能有一个事件存在于任务方案中；(3)互斥：两个事件在某一时间段内不可同时执行。

“共存”与“唯一”作为冲突化解的规则之一，而“互斥”则需要考虑在任务事件执行区间计算中进行考虑。对与互斥区间的描述，目前只考虑相对主事件开始点的偏移关系，因此“互斥”的表示描述参数为：

其中，

为互斥区间前偏移量；

为互斥区间后偏移量。互斥区间为：

在其中一个实施例中，上一个实施例中标称时间点是根据参数配置确定的；参数配置包括对预设的特征时间点、相关事件的开始点、相关事件的结束点、相对时间关系以及相对时间量的配置；待规划事件的互斥区间是根据待规划事件相对主事件开始点的偏移关系得到的。

在规划过程中，为了简化规划步骤，需要将约束关系全部转化为各事件开始点之间的相对关系，因此TP_S在不同参数配置下的计算形式如表1所示，由此即可得到事件的执行标称时间。

表1标称时间点计算方法

其中，D_Main为主事件执行时间，D_Relative为相对事件执行时间。

在其中一个实施例中，步骤108还包括：

根据任务时序链数量，每条任务时序链中所有事件预设的优先级以及每条任务时序链中待规划事件总数，确定每个任务时序链的重要度；任务时序链的重要度的计算公式为：

其中，S_i为第i条任务时序链重要度，N_Link为任务时序链数量，c_i为第i条任务时序链中所有事件预设的优先级和，γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条任务时序链事件总数，E_{Priority_ik}为第i条任务时序链中第k个待处理事件的优先级。

根据每条任务时序链的重要度、每条任务时序链中事件总数以及每条任务时序链中被规划事件后续待规划事件的预设的优先级，计算得到每个事件的关联重要度；关联重要度计算公式为：

其中，s_ij为第i条任务时序链中第j个待规划事件的关联重要度，c_ij为第i条任务时序链中第j个事件后续待规划事件的预设优先级和；S_i为第i条任务时序链的重要度；γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条任务时序链中待规划事件总数，E_{Priority_ik}为第i条任务时序链中第k个待规划事件预设任的优先级。

在另一个实施例中，事件的关联重要度的具体计算中放大系数γ为100。

当一个任务时序链中事件数越多，平均优先级越高，则任务该任务时序链重要度越高。当一个事件后序事件数越多，平均优先级越高，所在任务时序链重要度越高，则该事件重要度越高。

在其中一个实施例中，步骤110还包括：从第一规划层级开始，将所有任务时序链中每一规划层级中的待规划事件作为待处理事件；当待处理事件的数量为1时，则确定待处理事件的开始时间，将待处理事件添加到事件执行时间序列中；当待处理事件的数量大于1时，则在时间线上从前往后遍历多个待处理事件，对存在冲突的待处理事件采用延迟事件发生时间或直接取消事件执行的策略进行冲突调解处理，直到冲突消失，更新事件执行时间序列和待裁剪事件序列；冲突包括：多于1个待处理事件预设的优先级相同、多于1个待处理事件的关联重要度相同、多于1个预设的优先级和关联重要度均不相同的待处理事件的资源消耗相同以及多于1个待处理事件预设的优先级、关联重要度和消耗资源均不同。

在另一个实施例中，在采用延迟发生策略和取消执行策略时，需要确定化解对象，即需调整事件，而确定的原则，根据优先顺序依次为：

调整原则1：优先级低的事件被调整；

调整原则2：同一优先级，事件重要度低的事件被调整；

调整原则3：同一事件重要度，消耗资源多的事件被调整；

调整原则4：若上述三条皆无法确定，则后排序事件被调整。

整个冲突化解流程如图4所示。

在其中一个实施例中，步骤110还包括：当待处理事件的数量大于1时，则按照时间先后顺序从前往后遍历多个待处理事件；当待处理事件预设的优先级不同时，则将预设的优先级低的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当待处理事件预设的优先级相同时，则判断具有相同预设的优先级的待处理事件的关联重要度是否相同，得到事件关联重要度判断结果；当关联重要度判断结果为不同时，则将关联重要度低的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当关联重要度判断结果为相同时，则判断预设的优先级和关联重要度均相同的待处理事件的消耗资源是否相同，得到消耗资源判断结果；当消耗资源判断结果为不同时，则将消耗资源多的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当消耗资源判断结果为相同时，则将排序在后的待规划事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；判断延迟发生的待处理事件的开始时间是否在事件执行区间内，得到事件执行区间判断结果；当事件执行区间判断结果为在事件执行区间内时，则确定待处理事件的事件执行时间，并将其添加到事件执行时间序列中；当事件执行区间判断结果为不在事件执行区间内时，则取消不在事件执行时间内的待处理事件，并将其归入待裁减事件序列中。

在其中一个实施例中，步骤112还包括：将待裁剪事件序列中的待裁剪事件的开始时间作为执行时间区间内的最早时间，并等步长往后移动判断是否能够插入事件执行时间序列中；处理完待裁剪事件序列中的所有待裁剪事件后，对事件执行时间序列和裁剪事件序列进行修正，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

在其中一个实施例中，如图5所示，提供了一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法的，详细步骤包括：

(1)规划场景信息配置：配置空间站短期任务规划场景信息，包括：待规划事件信息、场景时间信息、资源属性信息等。

(2)规划场景预处理：场景信息时间单位最小化处理、重复事件拆解等预处理操作。

(3)任务时序链构建：根据事件间的时间约束关系以及逻辑约束关系，将待规划事件梳理成多条时序链，计算单个事件的执行时间区间，若标称时间点在事件执行时间区间内，则赋予单个事件的开始执行时间初值取为标称时间；若标称时间点在事件执行时间区间外，则初值取为执行时间区间最早发生时间；若有多个标称时间，则初值取标称时间均值。

(4)获取初始方案：根据事件执行的初值早晚顺序，得到事件初始规划序列。

(5)同级事件抽取：抽取各任务时序链中相同位置事件，作为待处理事件。

(6)互斥关系处理：在时间线上从前往后遍历，根据待处理事件的“互斥”参数，进行判断，依据冲突化解策略调整事件。

(7)资源约束处理：在时间线上从前往后遍历，判断时间刻度上待处理事件对资源的消耗是否满足资源限度。如果资源超出可用值，则依据冲突化解策略调整事件。

(8)方案更新：获得事件执行时间序列和裁剪事件序列。

(9)裁剪事件处理：将暂裁剪事件的开始时间赋值为执行时间区间内的最早时间，并等步长往后移动判断是否能够插入事件执行序列中。处理完全部裁剪事件后，修正事件执行时间序列和裁剪事件序列。

(10)规划结果统计与输出：根据事件执行时间序列，统计资源需求，输出事件执行时间序列和裁剪事件序列。

至此，利用于事件标称执行时间的时间冗余策略启发式规则对空间站运营任务规划问题的快速求解过程全部完成。

本发明面向工程实际，建立的规划事件相对时间约束描述模型以及逻辑描述模型可涵盖多种特征时间点以及各种时间关系，具有可扩展性强的优点；本发明提出的方法即可满足正常规划需求，同时也可应对方案修改后的重规划需求，对实际工程任务的适用性较强；本发明得到的结果与结合一定改进策略的现代演化算法的规划结果相比，规划解的质量较高并且计算速度很快，能在很短的时间内以非常小的计算代价快速求得空间站运营任务规划问题的一个满意规划方案，可满足工程的实际应用。

应该理解的是，虽然图1、图4、图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、图4、图5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图6所示，一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划装置，包括：规划信息获取模块、任务时序链构建模块、事件初始规划序列确定模块、冲突调解模块、待剪裁事件插入模块以及规划结果输出模块；其中：

规划信息获取模块，用于获取空间站短期任务规划的场景信息；场景信息包括待规划事件、场景时间信息以及资源属性信息。

任务时序链构建模块，用于根据待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链；任务时序链包括多个待规划事件；时间约束关系用于确定事件执行时间区间、事件执行时间初值以及标称时间点；逻辑约束关系用于确定事件时间逻辑关系；根据待规划事件在任务时序链中的位置，确定待规划事件的规划层级。

事件初始规划序列确定模块，用于根据任务时序链和规划层级，得到事件初始规划序列。

冲突调解模块：用于根据任务时序链数量、每个任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度；根据待规划事件的预设优先级、待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列。

待剪裁事件插入模块，用于以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

规划结果输出模块，用于根据最终事件执行时间序列，统计资源需求，输出最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

在其中一个实施例中，任务时序链构建模块还用于根据每个待规划事件的时间约束，计算得到每个待规划事件的事件执行区间；事件执行区间是根据事件的标称时间点、预设的执行区间前偏移量以及预设的执行区间后偏移量确定的，标称时间点是待规划事件的最优执行时间；事件执行区间的表达形式为：

其中：TP_S表示标称时间点，

表示预设的执行区间前偏移量；

表示预设的执行区间后偏移量。

当标称时间点在事件执行时间区间内，则将待规划事件的标称时间点作为待规划事件的开始执行时间初值；当标称时间点在事件执行时间区间之外，则将待规划事件在事件执行区间内最早发生时间作为待规划事件的开始执行时间初值；当待规划时间存在多个标称时间点时，则将多个标称时间点的均值作为待规划事件的开始执行时间初值；根据待规划事件的开始执行时间初值的早晚顺序以及待规划事件之间的逻辑约束，将待规划事件梳理成多条任务时序链；待规划事件的逻辑约束包括：共存、唯一以及互斥。

在其中一个实施例中，上一个实施例标称时间点是根据参数配置确定的；参数配置包括对预设的特征时间点、相关事件的开始点、相关事件的结束点、相对时间关系以及相对时间量的配置；待规划事件的互斥区间是根据待规划事件相对主事件开始点的偏移关系得到的。

在其中一个实施例中，冲突调解模块还用于

根据任务时序链数量，每条任务时序链中所有事件预设的优先级以及每条任务时序链中待规划事件总数，确定每个任务时序链的重要度；任务时序链的重要度的计算公式为：

其中，S_i为第i条任务时序链重要度，N_Link为任务时序链数量，c_i为第i条任务时序链中所有事件预设的优先级和，γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条任务时序链事件总数，E_{Priority_ik}为第i条任务时序链中第k个待处理事件的优先级。

根据每条任务时序链的重要度、每条任务时序链中事件总数以及每条任务时序链中被规划事件后续待规划事件的预设的优先级，计算得到每个事件的关联重要度；关联重要度计算公式为：

其中，s_ij为第i条任务时序链中第j个待规划事件的关联重要度，c_ij为第i条任务时序链中第j个事件后续待规划事件的预设优先级和；S_i为第i条任务时序链的重要度；γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条任务时序链中待规划事件总数，E_{Priority_ik}为第i条任务时序链中第k个待规划事件预设任的优先级。

在其中一个实施例中，冲突调解模块还用于从第一规划层级开始，将所有任务时序链中每一规划层级中的待规划事件作为待处理事件；当待处理事件的数量为1时，则确定待处理事件的开始时间，将待处理事件添加到事件执行时间序列中；当待处理事件的数量大于1时，则在时间线上从前往后遍历多个待处理事件，对存在冲突的待处理事件采用延迟事件发生时间或直接取消事件执行的策略进行冲突调解处理，直到冲突消失，更新事件执行时间序列和待裁剪事件序列；冲突包括：多于1个待处理事件预设的优先级相同、多于1个待处理事件的关联重要度相同、多于1个预设的优先级和关联重要度均不相同的待处理事件的资源消耗相同以及多于1个待处理事件预设的优先级、关联重要度和消耗资源均不同。

在其中一个实施例中，冲突调解模块还用于当待处理事件的数量大于1时，则按照时间先后顺序从前往后遍历多个待处理事件；当待处理事件预设的优先级不同时，则将预设的优先级低的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当待处理事件预设的优先级相同时，则判断具有相同预设的优先级的待处理事件的关联重要度是否相同，得到事件关联重要度判断结果；当关联重要度判断结果为不同时，则将关联重要度低的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当关联重要度判断结果为相同时，则判断预设的优先级和关联重要度均相同的待处理事件的消耗资源是否相同，得到消耗资源判断结果；当消耗资源判断结果为不同时，则将消耗资源多的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；当消耗资源判断结果为相同时，则将排序在后的待规划事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；判断延迟发生的待处理事件的开始时间是否在事件执行区间内，得到事件执行区间判断结果；当事件执行区间判断结果为在事件执行区间内时，则确定待处理事件的事件执行时间，并将其添加到事件执行时间序列中；当事件执行区间判断结果为不在事件执行区间内时，则取消不在事件执行时间内的待处理事件，并将其归入待裁减事件序列中。

在其中一个实施例中，待剪裁事件插入模块还用于将待裁剪事件序列中的待裁剪事件的开始时间作为执行时间区间内的最早时间，并等步长往后移动判断是否能够插入事件执行时间序列中；处理完待裁剪事件序列中的所有待裁剪事件后，对事件执行时间序列和裁剪事件序列进行修正，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

关于空间站运营任务的时间冗余启发式规划装置的具体限定可以参见上文中对于空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法的限定，在此不再赘述。上述空间站运营任务的时间冗余启发式规划装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种设备，该设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该设备的处理器用于提供计算和控制能力。该设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法。该设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

在第一个验证性实施例中，快速规划空间站运营任务的时间冗余启发式方法的流程示意图如图5所示，步骤包括：

S0，输入参数：输入下述空间站运营规划场景参数：

规划场景时间跨度为2021-03-01 14:10:45至2022-07-31 14:10:59，包含177个待规划事件。在站驻留航天员3名，每名航天员每天工作时间为7:00-17:30，一周工作6天。空间站轨道六根数为：{677114,0,42,0,0,0}，初始历元为2020-12-01 9:22:12。在轨三颗中继星，负责天基测控，三颗中继星所在经度分别是22度、102度、-65度。空间站额定功率为3200W。

在该规划场景中，共有7个特征时间点，每个特征时间点的具体信息由表2给出。

表2特征时间点信息

	编码	时间信息
			1	CPoint_1	2021-05-27 18:00:43
2	Cpoint_2	2021-05-16 13:23:56
			3	CPoint_3	2021-04-25 11:14:05
4	CPoint_4	2021-08-27 12:00:00
			5	CPoint_5	2021-05-27 17:51:00
6	CPoint_6	2021-05-16 13:25:14
			7	CPoint_7	2021-04-25 11:06:00

S1，基于任务规划制约因素与基本原则，建立事件时间约束描述模型以及逻辑约束描述模型。

通过建立的事件相对时间约束与逻辑约束描述模型来描述整个规划场景中待规划事件的时间约束与逻辑约束。

S2，依据事件时间约束形成的时序关系构建任务时序链，划分事件所处规划层级，计算事件关联重要度，并设计规划冲突化解策略。

根据S1中描述的事件间时序关系，梳理任务时序链，划分事件规划等级，并计算每一个事件的关联重要度。

S3，设计基于事件标称执行时间的时间冗余策略启发式规则，根据该时间线规则进行规划，获得满足各项约束条件的规划方案。

将S2中的177个事件代入到规划流程中进行规划，获取规划方案。

本实施例中，计算结果如下：

本实施例将177个事件中的全部重复事件拆解后，共得到289个事件，共梳理出12条任务时序链，划分成52级，每一级包含的事件编号由表3给出，其中15级至51级皆只有一个事件。

规划结果中，281个事件被规划至事件执行类表，8个事件被裁剪，其中裁剪事及原因由表4给出。在表4中83、82、11、16、12、15、17等7个事件在同一任务时序链中，由于83在设置时间约束时，关联到了一个不存在的特征点，在规划过程中因找不到相关时间信息而被裁剪掉，进而导致后续待规划事件因前序事件的缺失被裁剪。事件155则是由于该事件与87和92两个时间相关联，在设置时间约束时，设155执行时间在87开始前一周，92开始后4天，而在规划结果中，87和92的执行时间分别为2021-08-23 12:00:00和021-08-16 12:00:00，因此找不到合适的时间交集，因此被裁剪。在修复上述问题后，289个事件全部被规划进执行列表。

表3事件规划层级划分

表4裁剪事件信息

	事件序号	裁剪原因
			1	11	前序事件被裁剪
2	12	前序事件被裁剪
			3	15	前序事件被裁剪
4	16	前序事件被裁剪
			5	17	前序事件被裁剪
6	82	前序事件被裁剪
			7	83	时间约束信息缺失
8	155	时间约束设置冲突，不存在有效时间段

为了进一步验证本发明的优越性，在同一台计算机上采用时间迭代启发式方法和并行遗传算法对同样的问题进行规划求解。对比结果由表5给出，其中并行遗传算法参数为：种群规模50、遗传总代数10，交叉概率0.8，变异概率0.4，并行数12。从表中可以看出，本文提出的方法在计算时间上优于时间迭代启发式方法，且规划得到的方案执行时间与标称时间差距较小，这是因为本发明所采用的方法在规划之前对事件执行时间区间进行处理，缩小了搜索空间，且采用标称时间形成初始方案，增加了初始方案的合理性。并行遗传算法虽然得到的方案标称时间差均值较小，但计算时间是两种启发式方法的2330倍和1801倍，证明本发明提出的启发式方法其计算效率远远高于全局优化方法。同时也能表明本发明方法可以兼顾很高的计算效率和规划解的优度性能，适用于实际工程任务。

表5不同方法规划结果对比

在另一个实施例中，本实施例与上述第一个验证性实施例的步骤基本相同，其主要不同点为S0步输入的初始参数中增加了对原方案的修改，以及将各事件的标称时间替换为实施例一中得到的规划方案中的各事件执行时间，其它步骤与第一个验证性实施例相同。

S0,输入参数：输入下述原方案修改参数：

表6给出了83、120、6、56、93等5个事件的修改信息，其余事件的标称时间替换为第一个验证性实施例中规划结果的执行时间。

表6重规划场景操作

S1-S3实施步骤与上述第一个验证性实施例完全相同。

由于表6中事件发生了变动，导致任务时序链发生变化，导致了部分事件重规划层级发生改动。表7中给出了变动的层级以及变动的事件。由于修改的5个事件原规划层级全部属于前2层，而对其时间约束的修改均向时序链下层移动，导致其后续待规划事件依次向下层移动。

表7事件重规划变动层级

表8中给出了重规划结果与原规划结果的对比统计，从表中可看出，由于事件83的删除操作，导致11、12、15、16、17、82因前序事件丢失而被裁剪，另外由于事件6、120、56、93等四个事件的事件约束被修改，导致其后续的23个事件执行时间依次被改动，除此之外的260个事件与原规划结果一致。

表8重规划结果与原结果对比

	裁剪事件	与原方案执行时间相同事件	执行时间被调整事件
				数量	6	260	23

为了进一步验证本发明的优越性，在同一台计算机上采用时间回溯迭代冲突化解策略重规划方法对同样的问题进行规划求解，表9给出了两种方法规划结果的对比数据。从表中对比数据可以看出，两种方法得到的规划结果相同，但本发明提出的方法在计算时间上优于时间回溯迭代冲突化解策略重规划方法的方法，说明方法在计算效率上更高。

表9不同重规划方法结果对比

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划方法，其特征在于，所述方法包括：

获取空间站短期任务规划的场景信息；所述场景信息包括待规划事件、场景时间信息以及资源属性信息；

根据所述待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链；所述任务时序链包括多个所述待规划事件；所述时间约束关系用于确定事件执行时间区间、事件执行时间初值以及标称时间点；所述逻辑约束关系用于确定事件时间逻辑关系；

根据所述待规划事件在所述任务时序链中的位置，确定所述待规划事件的规划层级；

根据所述任务时序链和所述规划层级，得到事件初始规划序列；

根据任务时序链数量、每个所述任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个所述任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度；

根据所述待规划事件的预设优先级、所述待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对所述事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的所述待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列；

以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到所述事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列；

根据所述最终事件执行时间序列，统计资源需求，输出最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链，包括：

根据每个所述待规划事件的时间约束，计算得到每个所述待规划事件的所述事件执行区间；所述事件执行区间是根据事件的标称时间点、预设的执行区间前偏移量以及预设的执行区间后偏移量确定的，所述标称时间点是待规划事件的最优执行时间；所述事件执行区间的表达形式为：

其中：TP_S表示标称时间点，

表示预设的执行区间前偏移量；

表示预设的执行区间后偏移量；

当所述标称时间点在事件执行时间区间内，则将所述待规划事件的所述标称时间点作为待规划事件的开始执行时间初值；

当所述标称时间点在事件执行时间区间之外，则将所述待规划事件在事件执行区间内最早发生时间作为所述待规划事件的开始执行时间初值；

当所述待规划时间存在多个所述标称时间点时，则将多个所述标称时间点的均值作为所述待规划事件的开始执行时间初值；

根据所述待规划事件的开始执行时间初值的早晚顺序以及所述待规划事件之间的逻辑约束，将待规划事件梳理成多条任务时序链；所述待规划事件的逻辑约束包括：共存、唯一以及互斥。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标称时间点是根据参数配置确定的；所述参数配置包括对预设的特征时间点、相关事件的开始点、相关事件的结束点、相对时间关系以及相对时间量的配置；

待规划事件的互斥区间是根据待规划事件相对主事件开始点的偏移关系得到的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据任务时序链数量、每个所述任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个所述任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度，包括：

根据任务时序链数量，每条所述任务时序链中所有事件预设的优先级以及每条所述任务时序链中所述待规划事件总数，确定每个所述任务时序链的重要度；所述任务时序链的重要度的计算公式为：

其中，S_i为第i条所述任务时序链重要度，N_Link为所述任务时序链数量，c_i为第i条所述任务时序链中所有事件预设的优先级和，γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条所述任务时序链事件总数，E_{Priority_ik}为第i条所述任务时序链中第k个所述待处理事件的优先级；

根据每条所述任务时序链的重要度、每条任务时序链中事件总数以及每条所述任务时序链中被规划事件后续待规划事件的预设的优先级，计算得到每个事件的关联重要度；所述关联重要度计算公式为：

其中，s_ij为第i条所述任务时序链中第j个所述待规划事件的关联重要度，c_ij为第i条所述任务时序链中第j个事件后续待规划事件的预设优先级和；S_i为第i条任务时序链的重要度；γ为放大系数；N_{Link_i}为第i条所述任务时序链中待规划事件总数，E_{Priority_ik}为第i条所述任务时序链中第k个所述待规划事件预设任的优先级。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述待规划事件的预设优先级、所述待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对所述事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的所述待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列，包括：

从第一规划层级开始，将所有任务时序链中每一规划层级中的所述待规划事件作为待处理事件；

当所述待处理事件的数量为1时，则确定所述待处理事件的开始时间，将所述待处理事件添加到事件执行时间序列中；

当所述待处理事件的数量大于1时，则在时间线上从前往后遍历多个所述待处理事件，对存在冲突的所述待处理事件采用延迟事件发生时间或直接取消事件执行的策略进行冲突调解处理，直到冲突消失，更新事件执行时间序列和待裁剪事件序列；所述冲突包括：多于1个所述待处理事件预设的优先级相同、多于1个所述待处理事件的关联重要度相同、多于1个预设的优先级和关联重要度均不相同的所述待处理事件的资源消耗相同以及多于1个所述待处理事件预设的优先级、关联重要度和消耗资源均不同。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述待处理事件的数量大于1时，则在时间线上从前往后遍历多个所述待处理事件，对存在冲突的所述待处理事件采用延迟事件发生时间或直接取消事件执行的策略进行冲突调解处理，直到冲突消失，更新事件执行时间序列和待裁剪事件序列，包括：

当所述待处理事件的数量大于1时，则按照时间先后顺序从前往后遍历多个所述待处理事件；

当所述待处理事件预设的优先级不同时，则将预设的优先级低的所述待处理事件的开始时间在所述事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；

当所述待处理事件预设的优先级相同时，则判断具有相同预设的优先级的所述待处理事件的关联重要度是否相同，得到事件关联重要度判断结果；

当所述关联重要度判断结果为不同时，则将关联重要度低的待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；

当所述关联重要度判断结果为相同时，则判断预设的优先级和关联重要度均相同的所述待处理事件的消耗资源是否相同，得到消耗资源判断结果；

当所述消耗资源判断结果为不同时，则将消耗资源多的所述待处理事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；

当所述消耗资源判断结果为相同时，则将排序在后的待规划事件的开始时间在事件执行区间内进行延迟，得到延迟发生的待处理事件；

判断延迟发生的待处理事件的开始时间是否在事件执行区间内，得到事件执行区间判断结果，

当所述事件执行区间判断结果为在事件执行区间内时，则确定待处理事件的事件执行时间，并将其添加到事件执行时间序列中；

当所述事件执行区间判断结果为不在事件执行区间内时，则取消不在事件执行时间内的待处理事件，并将其归入待裁减事件序列中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到所述事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列，包括：

将待裁剪事件序列中的待裁剪事件的开始时间作为执行时间区间内的最早时间，并等步长往后移动判断是否能够插入所述事件执行时间序列中；

处理完待裁剪事件序列中的所有待裁剪事件后，对事件执行时间序列和裁剪事件序列进行修正，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

8.一种空间站运营任务的时间冗余启发式规划装置，其特征在于，所述装置包括：

规划信息获取模块，用于获取空间站短期任务规划的场景信息；所述场景信息包括待规划事件、场景时间信息以及资源属性信息；

任务时序链构建模块，用于根据所述待规划事件之间的时间约束关系以及逻辑约束关系，得到多条任务时序链；所述任务时序链包括多个待规划事件；所述时间约束关系用于确定事件执行时间区间、事件执行时间初值以及标称时间点；所述逻辑约束关系用于确定事件时间逻辑关系；根据所述待规划事件在所述任务时序链中的位置，确定所述待规划事件的规划层级；

事件初始规划序列确定模块，用于根据所述任务时序链和所述规划层级，得到事件初始规划序列；

冲突调解模块：用于根据任务时序链数量、每个所述任务时序链中待规划事件的预设优先级以及每个所述任务时序链中事件总数，计算得到每个事件的关联重要度；根据所述待规划事件的预设优先级、所述待规划事件的事件关联重要度以及待规划事件的资源消耗信息，从第一规划层级开始对所述事件初始规划序列中每一规划层级中存在冲突的所述待规划事件进行冲突化解调整，得到事件执行时间序列和待裁剪事件序列；

待剪裁事件插入模块，用于以待剪裁事件序列中的待裁剪事件的开始时间为依据，将满足要求的待裁剪事件插入到所述事件执行时间序列中，得到最终事件执行时间序列和裁剪事件序列；

规划结果输出模块，用于根据所述最终事件执行时间序列，统计资源需求，输出最终事件执行时间序列和裁剪事件序列。

9.一种设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

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