一种无人机快递自动投送路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机快递自动投送路径规划方法，根据每个快件的地址信息确定无人机投送任务的所有目标站点，规划出一条从快递集散中心出发、经过每个目标站点仅一次且最终返回快递集散中心的最短路径；若该路径上各路径段的长度都小于或等于无人机最大单次飞行距离

【技术实现步骤摘要】
一种无人机快递自动投送路径规划方法
本专利技术涉及无人直升机航迹规划领域，特别是一种无人机快递自动投送路径规划方法。
技术介绍
随着互联网技术的不断进步，电子购物以其多样性和方便快捷等优势，在人们的日常生活中变得越来越普及。越来越多的人，包括一些乡村的村民，都纷纷加入到网购行列中来。快递行业是与电子购物息息相关、密不可分的。近年来，随着快递服务规模的不断扩大，对投递效率的要求也越来越高，使得快递企业面临着新的挑战。同时，随着城市交通拥堵情况的加剧以及地处偏僻的乡村地区快件业务量的快速增长，使得快递投送的时间成本也在不断增大。此外，人力以及运输等硬性成本的不断上涨，使得快递投送的总成本正变得越来越高。因此，越来越多的快递企业正在寻求高科技手段和现代化物流设备来提高快递投送的效率以降低运输成本。伴随着无人机技术的进步，无人机以其成本低、效费比高、机动性好、使用方便等优点，正在越来越多的领域得到应用。而在快递投送方面，无人机能够不受地面交通的限制，可以有效提高运送效率；而且，使用无人机向偏僻地区投送快递，经济成本相对于人工运送来说也大大降低了。此外，由于无人机自动充电技术的发展，也大大提高了无人机的活动范围，使得无人机的投送半径大大增加，可以很好地解决较偏远地区快递投送难的问题。但是，无人机在快递投送过程中需要考虑的因素很多，比如飞行路径的选择以及充电续航问题，要想无人机快速、准确、高效地将货物送达，特别是希望无人机在一次飞行任务中可将多个快件依次送达至不同的目标站点(我们称之为多件多点投送)，显然，有效的路径规划算法就是必不可少的。路径规划具有以下作用：第一，能使无人机将多件货物依次送达至各自对应的目标站点并顺利返回到快递集散中心；第二，能选择最优的非任务站点作为总的路径规划的中转站点，方便无人机充电以提高续航能力，从而有效提高无人机的活动范围；第三，可使无人机在完成任务的前提下总的飞行路程最短，这样便能有效地提高快件投递效率，减少能源消耗。本专利技术中用到的名词解释如下：快递无人机：能够投递快件并可通过充电桩自主充电的无人机。本专利技术中提到的无人机都指这种类型的无人机。航迹规划：飞行器能够满足飞行任务约束条件的飞行轨迹。快递集散中心：快递公司的快递集中地，快件在这个地点进行集中处理、分捡、分类、派件。快递站点：指区域内设置的所有快递投送点，安装有快递柜、能够自动接收无人机快递的站点。每个快递站点都设置有充电桩，以满足无人机长距离飞行的充电需求。目标站点：在无人机的一次快递投送任务中快件需要被送达的快递站点。中转站点：指无人机在执行一次长距离快递投送任务时需要经停以补充电量的快递站点。在一次飞行任务中，无人机可能需要经停一个或多个中转站点，视总的飞行距离而定。中转站点它(它们)不是本次任务的目标站点，其作用仅为供无人机借助其充电桩补充电量，以便无人机能够安全地飞行到下一个站点。最大单次飞行距离Lmax：无人机在满负载情况下，充满电后考虑安全裕量的最大飞行路程的长度，根据无人机的性能参数进行设置。在本专利技术的实施例中取Lmax＝10km。旅行推销商问题：又称为TSP问题(TravelingSalesmanProblem，TSP)，它是计算机领域一个非常经典的问题，该问题可以简单地表述为：假设有n座城市，要求找出一条最短且封闭的旅行路线，使推销商访问其中每座城市仅一次。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种无人机快递自动投送路径规划方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种无人机快递自动投送路径规划方法，包括以下步骤：(1)利用扫描设备扫描待派送的每个快件的地址信息，确定本次无人机快递投送任务的所有目标站点(假设共有n个，包括快递集散中心)，然后基于旅行推销商问题的解决方法，采用遗传算法对所有这些目标站点进行路径规划，使得无人机从快递集散中心出发、经过每个目标站点仅一次且再返回到快递集散中心的总飞行路程最短；在这条规划出的路径上，无人机从快递集散中心出发，依次途径路径规划算法确定好次序的各个目标站点，最后返回到起点快递集散中心；这一步具体的求解方法与采用遗传算法求解TSP问题完全相同，很多相关文献都有详细介绍，这里不再赘述；(2)在步骤(1)规划出的路径上，计算出相邻站点与站点之间每一条路径段的长度Si，并判断各路径段的长度Si与无人机的最大单次飞行距离Lmax的大小关系；(3)若每一条路径段的长度Si都小于或等于Lmax，则步骤(1)规划出的路径便是所求的路径，转到步骤(11)继续执行；否则，执行下一步骤；(4)在步骤(1)规划出的路径上，若存在某些路径段的长度Si大于Lmax，则需要在这些路径段附近寻找中转站点，供无人机补充电量，使无人机能够安全地飞过这些路径段；假设在步骤(1)规划出的路径上长度大于Lmax的路径段的数目是m，按照无人机途径各个目标站点的顺序，依次将这些路径段命名为k＝1、2、…、m，对这些路径段执行以下操作；(5)令k＝1，取出第1条长度大于Lmax的路径段；(6)分别以第k条路径段的起点和终点为圆心、以Lmax为半径画两个圆，根据这两个圆的相对位置，按照下面两种情况分别处理；i)第一种情况：若这两个圆有重叠区域并且在重叠区域内存在有快递站点，则在位于重叠区域内的所有快递站点中找出一个最佳快递站点，它到本路径段的两个端点(起点和终点)的距离之和为最短，选择此快递站点作为中转站点；若在重叠区域内仅有一个快递站点，则直接将它确定为中转站点；因为此中转站点到本路径段两个端点的距离都小于Lmax，所以该路径段的中转站点寻找完毕，转到步骤(7)；否则，执行ii)；ii)第二种情况：若在两个圆的重叠区域内无快递站点存在，或者作出的两个圆无重叠区域，则分别在这两个圆以内的所有快递站点中，寻找距离本路径段的两个端点的距离之和为最短的快递站点并将它确定为中转站点，确定此中转站点所在的圆，并将另一个圆的圆心与此中转站点用一条直线相连；因为这条直线的长度必定大于Lmax，所以需要再以这条直线作为一条新的路径段，并分别以该直线的起点和终点为圆心、以Lmax为半径画两个圆，然后转到i)；(7)令k＝k+1，判断是否满足k＞m，若否，则转到步骤(6)；若是，则执行下一步骤；说明：若经过步骤(4)至步骤(7)，在长度大于Lmax的某些路径段上无法找到合适的中转站点，则算法应该停止。这种情况说明原来的快递站点部署不合理，需要修改快递站点布网方案。此时，应在无人机快递投送区域内站点比较稀疏的局地适当增加一些快递站点，其中一些可能为仅具有充电功能的中转站点，使得区域内快递站点的分布比较均匀。(8)删除多余的中转站点；按照步骤(4)至步骤(7)，如果在路径长度大于Lmax的某一条路径段k上，步骤ii)被重复执行两次或两次以上，则经过步骤-i)和步骤ii)的处理，在这条路径k的附近，算法将会找到两个或两个以上的中转站点，其中可能会出现多余的中转站点；此时，需要根据无人机的最大单次飞行距离Lmax判断是否存在多余的中转站点，若有则将它或它们删除；具体删除方法借助附图中的图1解释如下：如图1所示，假设站点I和I+1是本次投递任务的两个目标站点，站点Z1～Z4是区域内位于这两个目标站点附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机快递自动投送路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用扫描设备扫描待派送的每个快件的地址信息，确定本次无人机快递投送任务的所有目标站点，假设共有n个，包括快递集散中心，然后对所有这些目标站点进行路径规划，使得无人机从快递集散中心出发、经过每个目标站点仅一次且再返回到快递集散中心的总飞行路程最短；2)在步骤1)规划出的路径上，计算出相邻站点之间每一条路径段的长度S

【技术特征摘要】
1.一种无人机快递自动投送路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用扫描设备扫描待派送的每个快件的地址信息，确定本次无人机快递投送任务的所有目标站点，假设共有n个，包括快递集散中心，然后对所有这些目标站点进行路径规划，使得无人机从快递集散中心出发、经过每个目标站点仅一次且再返回到快递集散中心的总飞行路程最短；2)在步骤1)规划出的路径上，计算出相邻站点之间每一条路径段的长度Si，并判断各路径段的长度Si与无人机的最大单次飞行距离Lmax的大小关系；3)若每一条路径段的长度Si都小于或等于Lmax，则步骤1)规划出的路径便是所求的路径，转到步骤9)继续执行；否则，执行下一步骤；4)在步骤1)规划出的路径上，若存在某些路径段的长度Si大于Lmax，则在这些路径段附近寻找中转站点，供无人机补充电量，使无人机能够安全地飞过这些路径，假设在步骤1)规划出的路径上长度大于Lmax的路径段的数目是m，按照无人机途径各个目标站点的顺序，依次将这些路径段命名为k＝1、2、…、m，对这些路径段执行以下步骤的操作；5)令k＝1，取出第1条长度大于Lmax的路径段；6)分别以第k条路径段的起点和终点为圆心、以Lmax为半径画两个圆，根据这两个圆的相对位置，按照下面两种情况分别处理：i)第一种情况：若这两个圆有重叠区域并且在重叠区域内存在有快递站点，则在位于重叠区域内的所有快递站点中找出一个最佳快递站点，最佳快递站点到本路径段的两个端点，即起点和终点的距离之和为最短，选择此最佳快递站点作为中转站点；若在重叠区域内仅有一个快递站点，则直接将它确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭冠政，李杰培，杨耿，王汐，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43