CN114200963B

CN114200963B - 动态环境下无人机自主任务规划方法、设备及存储介质

Info

Publication number: CN114200963B
Application number: CN202210143950.4A
Authority: CN
Inventors: 邢立宁; 何敏藩; 戎海武; 杨勇; 杨敬辉; 王克胜; 商俊峰; 高晓榕
Original assignee: Foshan University
Current assignee: Foshan University
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: CN114200963A

Abstract

本申请提供了一种动态环境下无人机自主任务规划方法、设备及存储介质，涉及无人机技术领域，方法包括：确定无人机群执行任务集的任务空间；根据所述任务集和任务空间确定无人机群中每个无人机的飞行航路；向无人机群中每个无人机分发对应的任务序列和飞行航路，以使无人机按照对应的任务序列和飞行航路执行任务；在无人机群执行任务过程中，实时检测当前任务空间是否发生变化；若检测到当前任务空间发生变化，则更新无人机群执行任务集的任务序列后重新确定无人机群中每个无人机的飞行航路，直至无人机执行任务完成；本申请提供能在动态环境下，为无人机群中的每个无人机规划出合适的飞行线路，引导无人机群进行自主任务规划。

Description

动态环境下无人机自主任务规划方法、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及但不限于无人机技术领域，尤其涉及一种动态环境下无人机自主任务规划方法、设备及存储介质。

背景技术

无人机飞行的动态环境主要包括实时任务动态到达、无人机损毁和航迹调整等方面。无人机自主任务规划系统需要解决的两个关键问题是任务分配和航路规划。任务分配是给执行任务的无人机发布任务，例如，侦察任务、打击任务、巡逻任务等。每个执行任务的无人机都有自己的任务集合，代表了无人机执行任务的类型和能力。在进行任务分配时，无人机的任务集合是影响无人机任务分配的重要决策条件。任务分配给出了无人机的飞行范围或无人机执行任务的顺序，但在动态环境下，如何引导无人机完成这些任务就需要在这些任务点之间规划出合适的飞行线路，成为亟待解决的问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请实施例提供了一种动态环境下无人机自主任务规划方法、设备及存储介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，本申请实施例提供了一种动态环境下无人机自主任务规划方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S100，确定无人机群执行任务集的任务空间；其中，所述任务集包含多个任务；

步骤S200，根据所述任务集和任务空间确定无人机群中每个无人机的飞行航路；

步骤S300，向无人机群中每个无人机分发对应的任务序列和飞行航路，以使无人机按照对应的任务序列和飞行航路执行任务；

步骤S400，在无人机群执行任务过程中，实时检测当前任务空间是否发生变化；

步骤S500，若检测到当前任务空间发生变化，则更新无人机群执行任务集的任务序列后执行步骤S200，直至无人机执行任务完成。

根据本申请实施例提供的一种动态环境下无人机自主任务规划方法，至少具有如下有益效果：根据所述任务集和任务空间确定无人机群中每个无人机的飞行航路，对无人机自主任务进行初步规划，在无人机群执行任务过程中，若检测到当前任务空间发生变化，则更新无人机群执行任务集的任务序列，从而能在动态环境下，为无人机群中的每个无人机规划出合适的飞行线路，引导无人机群进行自主任务规划。

在一些实施例中，所述步骤S200包括：

步骤S201，按时间约束将任务集划分为串行时间任务和并行时间任务，得到分类后的任务集；

步骤S202，将分类后的任务集按无人机群中无人机的数目划分为多个子集；

步骤S203，根据所述任务空间确定各个子集所包含任务的顺序，得到多个任务序列；

步骤S204，确定无人机群中每个无人机的构型，根据无人机的构型确定各个无人机对应的任务序列；其中，所述无人机的构型包括：侦察型无人机、打击型无人机、以及同时具备侦察和打击能力的无人机；

步骤S205，根据所述多个任务序列确定无人机群中每个无人机的飞行航路。

在一些实施例中，所述步骤S203包括：

根据任务空间生成多个初始任务序列；

在初始的任务序列中确定一个最优的序列作为任务序列，其中，无人机按所述任务序列完成任务得到的任务效能最大。

在一些实施例中，所述任务空间的变化包括以下至少一种：任务取消或增加、突发威胁、无人机故障；所述步骤S500包括：

步骤S510，若无人机群中的任一无人机检测到当前任务空间发生变化，则确定自身是否能执行对应的任务序列中剩余的任务；

步骤S520，若确定自身不能执行对应的任务序列中剩余的任务，则将该任务作为待转移任务；

步骤S530，将待转移任务转移给无人机群中另一无人机，以通过该另一无人机执行待转移任务。

在一些实施例中，所述步骤S530包括：

步骤S531，获取初始信息，所述初始信息包括：无人机群中各个无人机对应的任务序列和构型；

步骤S532，任务拥有者将待转移任务向无人机群中其他任务执行者进行发布;其中，所述任务拥有者为无人机群中执行任务的无人机，所述待转移任务为任务拥有者不能完成的任务或者完成代价较大的任务，所述任务执行者为无人机群中拥有执行待转移任务能力的无人机；

步骤S533，任务执行者对于收到的任务进行综合评估，计算自己完成任务的能力，将结果反馈给任务发布者;

步骤S534，任务发布者对任务执行者反馈的结果进行综合评价，确定执行待转移任务的任务执行者，并将确定好的任务执行者通知反馈了结果的任务执行者;

步骤S535，执行待转移任务的任务执行者将任务放入自己的任务队列，按顺序执行任务。

第二方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备还包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的动态环境下无人机自主任务规划方法。

第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的动态环境下无人机自主任务规划方法。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是本申请一个实施例提供的动态环境下无人机自主任务规划方法的流程图；

图2是本申请一个实施例提供的电子设备的电路框图。

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，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

如图1所示，图1是本申请一个实施例提供的一种动态环境下无人机自主任务规划方法的流程图，在该方法中，包括但不限于有以下步骤：

需要说明的是，本实施例中，首先对任务空间和任务集进行初始化。在无人机群执行任务过程中，环境是动态的，可能由于态势变化、突发威胁、或者是新增任务等原因，导致预先设定的任务序列无法使用。为了避免这种情况造成的任务执行失败，需要根据当前任务空间的变化，进行动态的任务分配（任务重分配），达到无人机协同完成任务的目的。获取无人机执行任务的情况，并实时检测是否触发预先设定的任务重分配的条件；无人机要开始进行任务重分配，首先应该有一个输入，这个输入就是无人机任务重分配的触发条件，触发条件应该是在无人机执行任务前已经设定好的，本实施例中的触发条件为当前任务空间是否变化。在一些实施例中，在无人机群执行任务过程中，获取无人机执行任务的情况，无人机将执行任务的情况按任务类别实时或分阶段进行上传和处理；

另外，在一些实施例中，所述步骤S200还包括但不限于有以下步骤：

需要说明的是，要完成这些步骤，首先要解决的问题是任务集的划分，与任务有关的约束主要是时间约束和类型约束这两类约束。无人机要完成任务必须满足这两类约束，所以，第一步先按类型约束和时间约束对任务集进行粗划分。

其中，任务按时间约束将任务集划分为串行时间任务和并行时间任务。经过第一步，虽然对任务集进行了粗划分，但是无人机还不知道自己要执行的任务是什么。下一步就是将划分后的任务集转变为任务序列并与每个无人机对应，不同构型的无人机选中任务的范围是不一样的，根据这种约束关系，可以产生初始的任务序列。不同构型的无人机选中任务的范围是不一样的，根据这种约束关系，可以产生初始的任务序列。本实施例中，结合各约束条件进行任务划分，分配各个无人机执行的任务；通过给无人机加载任务和飞行航路，无人机按照划分好的任务序列和生成的飞行航路执行任务。

另外，在一些实施例中，所述步骤S203还包括但不限于有以下步骤：

根据任务空间生成多个初始任务序列；

一般来说，满足条件的初始任务序列都不是唯一的，与任务空间的元素属性有关系。接着，在初始的任务序列中寻找一个最优的序列作为预规划的任务序列，判断一个任务序列是否最优的标准就是这个任务序列是否可以使无人机完成任务得到的任务效能最大。预规划任务序列得到后，就可以根据预规划得到的任务序列生成具体的飞行航路。

经过任务预规划后，无人机能够按规划好的任务序列执行任务了，但是执行任务的环境是动态的，可能由于态势变化、突发威胁、或者是新增任务等原因，导致预先设定的任务序列无法使用。为了避免这种情况造成的任务失败，需要根据当前任务空间的变化，进行动态的任务分配（任务重分配），达到无人机协同完成任务的目的。

因此，需要在任务执行过程中的实时任务规划，实时任务规划就是在无人机执行任务的过程中由于任务空间态势变化、突发威胁、新增任务等原因引起的任务重规划。

另外，在一些实施例中，所述任务空间的变化包括以下至少一种：任务取消或增加、突发威胁、无人机故障；所述步骤S500包括但不限于有以下步骤：

需要说明的是，在无人机执行任务的过程中，一旦出现满足无人机任务重分配条件的情况，无人机任务规划系统根据事先设定的程式来完成对任务重分配的响应。一般来说，无人机协同执行任务的过程中，需要重新进行任务分配的情况包括以下三种：

任务取消或增加：即取消或增加任务集T中的某一个任务。这种情况可能是由于任务空间态势变化，或者其它不确定的原因导致。对于取消任务来说，假设无人机Ui原先的任务序列是Seq={T1，T2，T3}，由于某种原因，无人机Ui在执行任务T1途中，收到任务规划系统通知其取消任务T2，重新规划任务后得到新任务序列Seq'={T1，T3}。

突发威胁：无人机在执行任务的过程中，可能由于预规划执行任务信息不全，导致在规划的航路上有威胁或不可飞区域出现。示例性的，经过任务重分配后，原本由无人机U1执行的任务T3被分配给无人机U2来执行。

无人机故障：无人机在执行任务的过程中可能出现故障，失去执行任务的能力。这个时候出现故障的无人机还未完成的任务就需要重新分配。示例性的，在执行任务的过程中无人机U1由于故障需要返航，剩余的两个任务{T2，T3}分配给无人机U2和U3，无人机U2的任务序列由{T4，T6}变为{T4，T6，T3}，无人机U3的任务序列由{T5}变为{T2，T5}。

另外，在一些实施例中，所述步骤S530包括但不限于有以下步骤：

需要说明的是，对于无人机自主任务规划系统来说，任务预分配时，地面站是所有任务的拥有者，无人机是任务的发布对象；在动态任务分配时，地面站和无人机都可以作为任务拥有者发布任务。

对于无人机自主任务规划系统来说，收到任务的无人机，通过评估自己执行该任务的可以获得的收益以及付出的代价，最后将综合结果反馈到任发布者。

对于无人机协同任务规划系统来说，发布任务的地面站或无人机对参与投标的无人机反馈的综合评估结果进行筛选，并向参与投标的无人机发送最终的筛选结果。

具体地，收到新任务的无人机将新任务加入自己的任务队列，按新的任务序列执行任务。

另外，参照图2，本申请的一个实施例还提供了一种电子设备10，所述电子设备10包括：存储器11、处理器12及存储在存储器11上并可在处理器12上运行的计算机程序。

处理器12和存储器11可以通过总线或者其他方式连接。

实现上述实施例的动态环境下无人机自主任务规划方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器11中，当被处理器12执行时，执行上述实施例中的动态环境下无人机自主任务规划方法。

此外，本申请的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述电子设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的动态环境下无人机自主任务规划方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种动态环境下无人机自主任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S500，若检测到当前任务空间发生变化，则更新无人机群执行任务集的任务序列后执行步骤S200，直至无人机执行任务完成；

其中，所述任务空间的变化包括以下至少一种：任务取消或增加、突发威胁、无人机故障；所述步骤S500包括：

步骤S530，将待转移任务转移给无人机群中另一无人机，以通过该另一无人机执行待转移任务；

所述步骤S530包括：

2.根据权利要求1所述的动态环境下无人机自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤S200包括：

3.根据权利要求2所述的动态环境下无人机自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤S203包括：

根据任务空间生成多个初始任务序列；

4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的动态环境下无人机自主任务规划方法。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至3中任意一项所述的动态环境下无人机自主任务规划方法。