一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法技術

本發明專利技術公開了一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，包括：基于無人機的運行狀態獲取無人機、充電設施以及興趣點集合，并構建無人機感知網絡模型；根據無人機感知網絡模型的感知數據質量構建感知價值模型以及基于充電設施的充電功率，建立充電計費成本模型；形式化無人機感知網絡系統周期下的感知效用最大化問題；調用效用驅動的無人機感知網絡充電調度算法，得到每個無人機的調度方案，實現無人機的充電調度。本發明專利技術通過對服務質量和充電成本兩個方面進行考慮，構造了感知效用函數，利用感知效用驅動的無人機短期充電調度，能夠在多項式時間內得到最優調度方案，充電調度效益高，在多輪調度方面具有顯著優勢。在多輪調度方面具有顯著優勢。在多輪調度方面具有顯著優勢。

【技術實現步驟摘要】
一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法


[0001]本專利技術涉及無人機感知網絡充電調度的
，尤其涉及一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法。

技術介紹

[0002]近年來，無人機感知網絡在電力巡檢、運輸、農業、公共事業一些方面的應用變得越來越受歡迎。無人機感知解決了固定式和車載移動式感知設備無法到達工廠、企業、小區、單位、風景區內部空間以及山地、河流、森林、種植、養殖區域進行日常感知的問題，極大地擴大了感知范圍。然而，無人機相比傳統傳感器，不僅需要感知和通信，還需要額外的能量來維持起飛、降落、飛行和懸停。無人機通常通過電池供電來滿足傳感器、電機即其他設備的能量消耗。以大疆的旋翼無人機Mavic Pro Platinum為例，其受限于飛行控制系統的高功耗及電池容量問題，飛行時間一般在20分鐘到30分鐘之間，續航時間短已經成為無人機感知網絡廣泛應用的瓶頸問題；以巡檢為例，處理大批的無人機及其充電將變得復雜和費力。高效的充電調度方案是延長無人機可用性的關鍵。
[0003]為了解決上述的挑戰，無人機充電站被用于在沒有人工干預的情況下自主對無人機進行充電。無論是無人機有線充電站還是無線充電站均已有了實際應用。但是，在充電站數量有限的情況下，無法保證隨時地為每一架無人機都提供充電服務，這將影響無人機后續感知任務的執行，導致無人機感知網絡的服務質量降低。因此，需要設計高效的無人機充電調度來維持無人機感知網絡的持續運轉。在無人機感知網絡中，如果只考慮無人機的感知質量可能會帶來高昂的充電開銷，而只考慮充電成本往往會導致感知質量無法達到預期。
[0004]此外，無人機充電調度相關的研究大多是從單輪調度的角度考慮，它們默認所有的信息都是已知的，并沒有先前的調度結果，也不考慮這個調度對后面的調度是否有影響，但事實上，每個無人機的調度，不僅受先前調度的結果的影響，同時也影響其他無人機及其后續的分配。以巡檢為例，如果將單輪的調度方案應用在每一輪巡檢之中，很可能會導致充電站過載，甚至影響無人機后續巡檢任務的執行。

技術實現思路

[0005]鑒于上述現有存在的問題，提出了本專利技術。
[0006]因此，本專利技術提供了一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法解決現有的無人機充電調度大多只考慮單輪調度，沒有先前的調度結果，也不考慮先前調度對后面的調度的影響，無法保證隨時的為每一架無人機都提供充電服務，影響無人機后續感知、巡檢任務的執行，導致無人機感知網絡的服務質量降低的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：本專利技術實施例提供了一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，包括：基于無人機的運行狀態獲取無人機、充電設施以及興趣點集合，并構建無人機感
知網絡模型；根據所述無人機感知網絡模型的感知數據質量構建感知價值模型以及基于所述充電設施的充電功率，建立充電計費成本模型；形式化所述無人機感知網絡系統周期下的感知效用最大化問題；調用效用驅動的無人機感知網絡充電調度算法，得到每個無人機的調度方案，實現無人機的充電調度。
[0008]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：所述無人機集合，表示為：其中，任一無人機；所述興趣點均由至少一架無人機負責感知，所述興趣點集合，表示為：其中，任一興趣點；所述充電設施均位于一座充電站內，無人機需要飛行到充電設施上進行充電，所述充電設施集合，表示為：其中，任一充電設施。
[0009]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：人機感知網絡模型包括：所述無人機、興趣點以及充電設施同一分布在二維平面上，考慮無人機是異構的，假設以勻速直線的飛行狀態往返于充電站與感知位置之間；將一段連續的時間離散化為多個時隙，當無人機的電量低于固定閾值時，則離開感知位置，飛往充電站進行充電，充滿電后再次返回感知位置執行感知任務；所述無人機往返于充電站和感知位置之間所需的時間，表示為：其中，為無人機的感知位置與充電站之間的距離，為無人機在單位時隙內所能飛行的距離；所述無人機在充電站采用完全充電模式，無人機在充電站的充電需求量，表示為：其中，為無人機的電池容量，為無人機電池容量的固定閾值，為無人機在充電站與感知位置之間往返的電量消耗；所述無人機每次執行感知任務所花費的時間，表示為：
其中，為無人機的工作功率。
[0010]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：感知價值模型包括：當無人機到達充電站時，將一次性上傳所攜帶的感知數據，所述無人機每輪所產生的感知價值，表示為：其中，為無人機在單位時隙內對興趣點所能產生的感知質量，為無人機所負責感知的興趣點集合，為興趣點的權重系數。
[0011]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：根據充電設施的充電功率，建立充電計費成本模型，包括：所述無人機在時隙選擇充電設施進行充電所占用的時間，表示為：其中，為充電設施的充電功率，q為時隙且，為無人機在充電站的充電需求量，為時隙數量；所述無人機在時隙選擇充電設施進行充電所產生的充電成本，表示為：其中，為充電設施的單位時隙充電價格。
[0012]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：形式化所述無人機感知網絡系統周期下的感知效用最大化問題，包括：無人機在時隙選擇充電設施進行充電所獲得的感知效用，表示為：其中，為無人機每輪所產生的感知價值，為無人機在時隙選擇充電設施進行充電所占用的時間，為無人機往返于充電站和感知位置之間所需的時間，為無人機每次執行感知任務所花費的時間；設調度方案為：
其中，表示無人機在時隙是否選擇充電設施進行充電的決策變量；無人機在整個周期內通過充電調度所能獲得的總感知效用，表示為：無人機感知網絡系統周期下的感知效用最大化問題形式化，表示為：。
[0013]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：還包括：決策約束，表示為：其中，決策變量為0
?
1變量；對于任意的充電設施在任意時隙內只能為一架無人機提供充電服務約束，表示為：對于任意的無人機在任意時隙內只能選擇一個充電設施進行充電約束，表示為：。
[0014]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：調用效用驅動的無人機感知網絡充電調度算法，包括：輸入無人機充電調度參數；找出所有無人機中從某一時隙開始充電后直到再次回到充電站提交感知數據所占用的最大時隙數和最小時隙數；所述最大時隙數，表示為：所述最小時隙數，表示為：設前個時隙的最大感知效用為，前個時隙的最優充電調度為，
初始化從到的最大感知效用和最優充電調度；對于，設定設定；更新，當個時隙時，計算得到前個時隙的最大感知效用和最優調度，繼續迭代更新，否則返回前個時隙的最大感知效用和最優充電調度。
[0015]作為本專利技術所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法的一種優選方案，其中：所述計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于，包括：基于無人機的運行狀態獲取無人機、充電設施以及興趣點集合，并構建無人機感知網絡模型；根據所述無人機感知網絡模型的感知數據質量構建感知價值模型以及基于所述充電設施的充電功率，建立充電計費成本模型；形式化所述無人機感知網絡系統周期下的感知效用最大化問題；調用效用驅動的無人機感知網絡充電調度算法，得到每個無人機的調度方案，實現無人機的充電調度。2.如權利要求1所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于：所述無人機集合，表示為：其中，任一無人機；所述興趣點均由至少一架無人機負責感知，所述興趣點集合，表示為：其中，任一興趣點；所述充電設施均位于一座充電站內，無人機需要飛行到充電設施上進行充電，所述充電設施集合，表示為：其中，任一充電設施。3.如權利要求1或2所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于，人機感知網絡模型包括：所述無人機、興趣點以及充電設施同一分布在二維平面上，考慮無人機是異構的，假設以勻速直線的飛行狀態往返于充電站與感知位置之間；將一段連續的時間離散化為多個時隙，當無人機的電量低于固定閾值時，則離開感知位置，飛往充電站進行充電，充滿電后再次返回感知位置執行感知任務；所述無人機往返于充電站和感知位置之間所需的時間，表示為：其中，為無人機的感知位置與充電站之間的距離，為無人機在單位時隙內所能飛行的距離；所述無人機在充電站采用完全充電模式，無人機在充電站的充電需求量，表示為：其中，為無人機的電池容量，為無人機電池容量的固定閾值，為無人機在
充電站與感知位置之間往返的電量消耗；所述無人機每次執行感知任務所花費的時間，表示為：其中，為無人機的工作功率。4.如權利要求3所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于，感知價值模型包括：當無人機到達充電站時，將一次性上傳所攜帶的感知數據，所述無人機每輪所產生的感知價值，表示為：其中，為無人機在單位時隙內對興趣點所能產生的感知質量，為無人機所負責感知的興趣點集合，為興趣點的權重系數。5.如權利要求4所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于，根據充電設施的充電功率，建立充電計費成本模型，包括：所述無人機在時隙選擇充電設施進行充電所占用的時間，表示為：其中，為充電設施的充電功率，q為時隙且，為無人機在充電站的充電需求量，為時隙數量；所述無人機在時隙選擇充電設施進行充電所產生的充電成本，表示為：其中，為充電設施的單位時隙充電價格。6.如權利要求5所述的效用驅動的無人機感知網絡充電調度方法，其特征在于，形式化所述無人機感知網絡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐佳，許琳昊，俞欣仕，孫俊，陳文斌，李德強，徐力杰，肖甫，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：