CN113515360A - 卫星观测在线调度方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星观测在线调度方法、装置、设备及存储介质，所述方法通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
Description
技术领域
本发明涉及卫星调度技术领域，尤其涉及一种卫星观测在线调度方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近年来，星群星簇的发展，卫星观测需求和卫星数量的增大，对卫星的响应要求时间不断缩短，如何充分利用卫星的资源进行对地观测服务备受关注，卫星在线调度的研究的重要性逐渐增大；面对应急的情况和调度场景的变化，传统的星地离线管控模式受到时间窗口和星地响应时间等多种因素的影响，无法在动态的环境下准确地调整星上资源的分配，难以胜任常态化的动态的观测需求。
传统的星地管控模式下当一个应急任务到来时，如果刚好轮到前面一批的观测任务集预处理，该应急任务就需要等待这一批次的任务收集完成才能进行数据的预处理，应急任务的执行受到时间的制约，并且管控站在地面，故卫星上的资源状态只有在卫星过境时下传遥测信息才能得知，故管控站只能通过预测星上的资源和相关因素进行任务的筛选，一定程度上造成任务的执行率下降，而在面对大规模的卫星调度时，存在时效性问题，投入的人工成本和时间成本较大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种卫星观测在线调度方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中传统卫星调度模式任务执行效率低，时效性差，成本较高的技术问题。
第一方面，本发明提供一种卫星观测在线调度方法，所述卫星观测在线调度方法包括以下步骤：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
可选地，所述在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态，包括：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；
对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
可选地，所述根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态，包括：
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；
根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
可选地，所述将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务，包括：
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；
在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
可选地，所述在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务，包括：
在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；
根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；
根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；
根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
可选地，所述根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量，包括：
从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间；从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_ftree为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
可选地，所述在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务之后，所述卫星观测在线调度方法还包括：
更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
第二方面，为实现上述目的，本发明还提出一种卫星观测在线调度装置，所述卫星观测在线调度装置包括：
获取模块，用于在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
判断模块，用于将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
执行模块，用于在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
第三方面，为实现上述目的，本发明还提出一种卫星观测在线调度设备，所述卫星观测在线调度设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的卫星观测在线调度程序，所述卫星观测在线调度程序配置为实现如权利要求上文所述的卫星观测在线调度方法的步骤。
第四方面，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有卫星观测在线调度程序，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时实现如上文所述的卫星观测在线调度方法的步骤。
本发明提出的卫星观测在线调度方法，通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
图2为本发明卫星观测在线调度方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明卫星观测在线调度方法第二实施例的流程示意图；
图4为本发明卫星观测在线调度方法中单个任务调度算法流程；
图5为本发明卫星观测在线调度方法第三实施例的流程示意图；
图6为本发明卫星观测在线调度方法第四实施例的流程示意图；
图7为本发明卫星观测在线调度方法第五实施例的流程示意图；
图8为本发明卫星观测在线调度方法中时间窗口冲突示意图；
图9为本发明卫星观测在线调度方法第六实施例的流程示意图；
图10为本发明卫星观测在线调度装置第一实施例的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的解决方案主要是：通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化，解决了现有技术中传统卫星调度模式任务执行效率低，时效性差，成本较高的技术问题。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如Wi-Fi接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(Non-Volatile Memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对该设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及卫星观测在线调度程序。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，并执行以下操作：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；
对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；
根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；
在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；
根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；
根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；
根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间；从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_free为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的卫星观测在线调度程序，还执行以下操作：
更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
本实施例通过上述方案，通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
基于上述硬件结构，提出本发明卫星观测在线调度方法实施例。
参照图2，图2为本发明卫星观测在线调度方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中，所述卫星观测在线调度方法包括以下步骤：
步骤S10、在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态。
需要说明的是，所述观测任务可以是用户直接向卫星发送的观测任务，当然也可以是以一定周期定时发送至卫星的预先设置的观测任务，本实施例对此不加以限制；所述当前环境状态为所述观测任务对应的卫星状态以及任务执行的相关条件状态。
步骤S20、将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务。
需要说明的是，通过将所述当前环境状态输入到决策网络能够获得所述决策网络输出的决策动作，所述决策网络为用于决策者控制所述观测任务相关执行操作的网络模型，所述决策动作为决策者根据当前环境状态进行决策通过所述决策网络输出的动作，通过所述决策动作能够判断是否允许执行所述观测任务。
步骤S30、在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
需要说明的是，在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，所述卫星约束条件为预先设置的卫星执行观测任务的约束条件，在允许执行所述观测任务时，可以根据排序后的卫星执行顺序选出满足卫星约束条件的卫星去执行所述观测任务。
本实施例通过上述方案，通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
进一步地，图3为本发明卫星观测在线调度方法第二实施例的流程示意图，如图3所示，基于第一实施例提出本发明卫星观测在线调度方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤S10具体包括以下步骤：
步骤S11、在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据。
需要说明的是，在接收到观测点的观测任务后，可以及时获得所述观测任务对应的任务相关数据。
步骤S12、对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间。
可以理解的是，通过对所述任务数据进行预处理，能够从所述任务数据中提取所述观测任务的执行收益，即执行所述观测任务获得的收益、可用时间窗口，即当前空闲的卫星时间窗口，及执行时间，执行所述观测任务的预估时间。
步骤S13、根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
应当理解的是，通过所述执行收益、可用时间窗口及执行时间结合所述观测任务的相关任务数据信息能够确定所述当前环境状态。
可以理解的是，每个观测任务的到达时间相互独立，当所述观测任务到达时，决策者才能获取观测任务的收益，所能使用的时间窗口以及所需要的执行时间；所述执行收益为执行观测任务获得的收益，一般拒绝执行观测任务后会拒绝则收益为0。
应当理解的是，以单个任务的调度流程为例，如图4所示，图4为本发明卫星观测在线调度方法中单个任务调度算法流程，参见图4，当任务到达时，对任务数据进行预处理，提取其执行收益、可用时间窗口、执行时间等信息；根据当前的任务和相关信息获取当前环境状态，见约束说明中决策模型的环境状态四元组；将环境状态输入到决策网络获取决策动作；根据决策动作选择是否进行任务执行；若执行则根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并对每一个资源充足的卫星进行时间窗口冲突处理找到开始时间最早的满足任务执行时间的时间窗口进行分配；更新执行后的环境状态和调度的总收益；根据执行过程得到的数据进行收集并进入决策网络的更新。
本实施例通过上述方案，通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态；能够更加精确的获得所述观测任务的当前执行环境，为确定是否允许执行观测任务做准备，提高了观测任务的执行效率。
进一步地，图5为本发明卫星观测在线调度方法第三实施例的流程示意图，如图5所示，基于第二实施例提出本发明卫星观测在线调度方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤S13具体包括以下步骤：
步骤S131、根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比。
需要说明的是，通过所述执行收益、可用时间窗口及执行时间，可以确定环境状态的四种组成元素，即包括卫星状态、观测任务的任务价值，任务的到达时间以及调度所述观测任务的调度时间的比值，以及卫星可安排任务数和可决策任务数的比值；所述观测任务的到达时间与调度时间比可以在调度周期快结束时，通过增加任务数目来达到整体的收益提高的目的。
在具体实现中，所述卫星可安排任务数和可决策任务数比可以是在执行任务总数快达到卫星所能提供的总数,并且调度周期充裕的情况下,将决策的重心放在寻找更高价值的观测任务上。
步骤S132、根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
应当理解的是，通过所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比可以组成所述观测任务对应的当前环境状态。
本实施例通过上述方案，通过根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态，能够更加精确的获得所述观测任务的当前执行环境，为确定是否允许执行观测任务做准备，提高了观测任务的执行效率。
进一步地，图6为本发明卫星观测在线调度方法第四实施例的流程示意图，如图6所示，基于第一实施例提出本发明卫星观测在线调度方法第四实施例，在本实施例中，所述步骤S20具体包括以下步骤：
步骤S21、将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作。
需要说明的是，通过将所述当前环境状态输入到决策网络能够获得决策者通过所述决策网络输出的决策动作。
步骤S22、在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
可以理解的是，对于到来的每个观测任务，决策者根据输入的任务状态进行决策，决策动作为接受或拒绝；在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，相应地，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
本实施例通过上述方案，通过将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务，能够对所述决策动作进行解读，从而及时做出允许执行所述观测任务或禁止执行所述观测任务的决定，提高了观测任务的执行效率。
进一步地，图7为本发明卫星观测在线调度方法第五实施例的流程示意图，如图7所示，基于第一实施例提出本发明卫星观测在线调度方法第五实施例，在本实施例中，所述步骤S30具体包括以下步骤：
步骤S31、在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星。
需要说明的是，在允许执行所述观测任务时，一般是通过所述当前环境状态确定当前卫星状态，根据当前卫星状态为观测任务分配合适的卫星。
步骤S32、根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量。
可以理解的是，所述可执行卫星的当前时间窗口为所述可执行卫星的调度时间周期，所述资源存储量为所述可执行卫星的资源存储数目，通过所述当前时间窗口和资源存储量可以确定所述可执行卫星的负载量。
进一步的，所述步骤S32具体包括以下步骤：
从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间，从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_free为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
可以理解的是，从所述当前时间窗口中可以获得剩余空闲时间和调度时间，可以从资源存储量中可以获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，进而通过上述公式获得可执行卫星的负载量。
需要说明的是，一旦接受观测任务，需要根据当前的卫星状态为观测任务分配合适的卫星，一般根据卫星当前的时间窗口和资源存储量进行比较，定义卫星的负载量，通过记录各负载量，可以挑选出负载量最高的空闲卫星作为执行卫星。
应当理解的是，对于每一次决策，如果选择接受观测任务，则获得其收益，若拒绝则收益为0，以卫星资源数目来推断还能安排的任务数大小,由于一旦分配了资源,视为不可回收,所以卫星可执行任务总是固定的,在执行任务总数快达到卫星所能提供的总数,并且调度周期充裕的情况下,应该将决策的重心放在寻找更高价值的观测任务上。
在具体实现中，卫星在运动时，在地面会留下一条运动轨迹，也称为星下点轨迹；卫星在不断运动时，其观测区域也在变化，而这些观测区域的集合就是该卫星的观测条带；而卫星的观测条带是有限的，所以并不是所有的观测点都能被观测到；卫星上的分配条带是按照开始时间顺序排序的，所以只要任务时间窗口的结束时间不改变，后续都是可能存在冲突的，相反的，只要截取的是观测时间窗的前半段，那么后续也不会产生冲突；在处理完所有的任务冲突后，按照时间窗口与任务执行最少需要的时间进行比对，只要满足一个时间窗口，皆可为观测任务安排时间窗口。
步骤S33、根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序。
应当理解的是，通过所述负载量可以对所述可执行卫星进行负载量从高到低的排序，并且对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，所述开始时间为可执行卫星的任务分配开始时间，通过所述开始时间能够对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序。
步骤S34、根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
可以理解的是，通过排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口能够依次调用卫星执行所述观测任务，一般的是找到开始时间最早的满足任务执行时间的时间窗口作为观测时间窗口，在开始时间第一早的时间窗口被完全执行于观测任务后，依次轮询至第二早的时间窗口执行剩余的观测任务。
在具体实现中，参见图8，图8为本发明卫星观测在线调度方法中时间窗口冲突示意图，如图8所示，假设一个卫星条带上有已分配的时间窗口[S1_start,S1_end]，[S2_start,S2_end]，…当一个观测任务到来时，其所有的该卫星的观测时间窗口为[ST_start，ST_end]则该时间窗口于原卫星时间窗口上的任一已分配的时间窗口有五种状态关系，若处于State_1，则观测任务时间窗口无法分配；处于State_2，观测时间窗口截取卫星条带上的空闲区段，则新的观测时间窗口为[ST_start,S1_start]处于State_3，新的观测时间窗口变为[S1_end，ST_end]处于State_4，新的观测时间窗口变为[S1_start，S1_start]和[S1_end，ST_end]处于State_5，观测时间窗口不变；以上是与第一个已分配的任务时间窗口的冲突解决，当然对于新生成的观测时间窗口仍然可能存在冲突，于是要继续解决后续的冲突；卫星上的分配条带是按照开始时间顺序排序的，故只要截取的是观测时间窗的前半段，那么后续也不会产生冲突。
本实施例通过上述方案，通过在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
进一步地，图9为本发明卫星观测在线调度方法第六实施例的流程示意图，如图9所示，基于第一实施例提出本发明卫星观测在线调度方法第六实施例，在本实施例中，所述步骤S30之后，所述卫星观测在线调度方法还包括以下步骤：
步骤S40、更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
需要说明的是，在调用卫星执行所述观测任务后，可以及时对执行后的环境状态和调度的总收益进行更新，并且可以根据执行过程中得到的数据进行收集并进入决策网络的更新。
可以理解的是，可以对每一个观测任务执行后的环境状态和调度总收益进行一定量的收集，在收集一定量后可以进行更新，一般可以通过反向传播的方式更加执行过程产生的执行数据对决策网络进行更新。
在具体实现中，所述决策网络的更新可以采用预先设置的网络更新算法进行更新，所述网络更新算法可以采用近端策略优化算法，一般的，所述决策网络包括策略网络和评价网络，策略网络的各层参数的各层对应有隐元数目和相应的激活函数，相应地，评价网络的各层参数的各层对应有隐元数目和相应的激活函数；策略网络的各层参数可以如下表所示：
| 层名 | 隐元数目 | 激活函数 |
| FC_1 | 40 | tanh |
| FC_2 | 20 | tanh |
| FC_3 | 10 | tanh |
| FC_4 | 1 | tanh |
相应地，评价网络的各层参数可以如下表所示：
策略网络的学习率可以设置为0.000045，当然还可以为其他数值，本实施例对此不加以限制；评价网络学习率可以设定为1/1400；当然还可以为其他数值，本实施例对此不加以限制。
本实施例通过上述方案，通过更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新，能够及时更新决策网络和执行观测任务的环境状态和收益数据，使得卫星在线调度实际情况需求，提高了观测任务的执行效率。
相应地，本发明进一步提供一种卫星观测在线调度装置。
参照图10，图10为本发明卫星观测在线调度装置第一实施例的功能模块图。
本发明卫星观测在线调度装置第一实施例中，该卫星观测在线调度装置包括：
获取模块10，用于在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态。
判断模块20，用于将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务。
执行模块30，用于在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
所述时间获取模块10，还用于在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
所述时间获取模块10，还用于根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
所述判断模块20，还用于将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
所述执行模块30，还用于在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
所述执行模块30，还用于从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间；从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_free为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
所述执行模块30，还用于更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
其中，卫星观测在线调度装置的各个功能模块实现的步骤可参照本发明卫星观测在线调度方法的各个实施例，此处不再赘述。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有卫星观测在线调度程序，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时实现如下操作：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；
对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；
根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；
在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；
根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；
根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；
根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间；从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_free为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
进一步地，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时还实现如下操作：
更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
本实施例通过上述方案，通过在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务；能够及时响应观测任务并且快速执行，有效地处理应急任务，在不同的场景下具有复用性，支持多星的任务调度，提高了观测任务的执行效率，节省了人工成本和时间成本，能够实现卫星调度过程的总收益最大化。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述卫星观测在线调度方法包括：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
2.如权利要求1所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态，包括：
在接收到观测任务时，获取所述观测任务对应的任务数据；
对所述任务数据进行预处理，获得执行收益、可用时间窗口及执行时间；
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态。
3.如权利要求2所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获取当前环境状态，包括：
根据所述执行收益、可用时间窗口及执行时间获得卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比；
根据所述卫星状态、所述观测任务的任务价值、所述观测任务的到达时间与调度时间比和卫星可安排任务数和可决策任务数比生成当前环境状态。
4.如权利要求1所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务，包括：
将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作；
在所述决策动作为接受时，允许执行所述观测任务，在所述决策动作为拒绝时，不允许执行所述观测任务。
5.如权利要求1所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务，包括：
在允许执行所述观测任务时，根据所述当前环境状态为所述观测任务分配可执行卫星；
根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量；
根据所述负载量对卫星执行顺序进行排序，并对资源充足的可执行卫星进行时间窗口冲突处理，根据开始时间对满足任务执行时间的观测时间窗口进行排序；
根据排序后的卫星执行顺序和观测时间窗口依次调用卫星执行所述观测任务。
6.如权利要求5所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述根据所述可执行卫星的当前时间窗口和资源存储量确定所述可执行卫星的负载量，包括：
从所述可执行卫星的当前时间窗口中获得剩余空闲时间和调度时间；从所述可执行卫星的资源存储量中获得卫星剩余资源总数和卫星分配资源总数，并通过下述公式获得所述可执行卫星的负载量；
其中，Load为负载量，t_free为所述剩余空闲时间，T为调度时间，Storel为卫星剩余资源总数，StoreR为卫星分配资源总数。
7.权利要求1所述的卫星观测在线调度方法，其特征在于，所述在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务之后，所述卫星观测在线调度方法还包括：
更新所述观测任务执行后的环境状态和调度总收益，并根据执行过程中的数据进行所述决策网络的更新。
8.一种卫星观测在线调度装置，其特征在于，所述卫星观测在线调度装置包括：
获取模块，用于在接收到观测任务时，获取所述观测任务的当前环境状态；
判断模块，用于将所述当前环境状态输入到决策网络，获得决策动作，并根据所述决策动作判断是否允许执行所述观测任务；
执行模块，用于在允许执行所述观测任务时，根据可执行卫星的负载量对卫星执行顺序进行排序，并根据排序后的卫星执行顺序调用满足卫星约束条件的卫星执行所述观测任务。
9.一种卫星观测在线调度设备，其特征在于，所述卫星观测在线调度设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的卫星观测在线调度程序，所述卫星观测在线调度程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的卫星观测在线调度方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有卫星观测在线调度程序，所述卫星观测在线调度程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的卫星观测在线调度方法的步骤。
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