一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法技术方案

本发明专利技术涉及任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法、多AUV系统主要由水面工作台和具有不同功能的AUV组成、水面工作台负责系统数据的处理、任务分配的优化、任务指令的下达。不同功能的AUV主要负责接收任务指令，前往任务海域执行不同的任务。本发明专利技术中，主要针对实际应用中某些需要固定执行顺序的任务，以最短完成时间为目标对AUV的任务分配进行优化，得到较优的任务分配方案。本发明专利技术通过实时性的不断对现有的变化的待执行任务进行反复优化，不断保证任务分配方案在当前情况最优。

A task coordination method for heterogeneous multi AUV systems under task sequence constraints

The invention relates to the task coordination method of heterogeneous multi AUV system under the task sequence constraint, and the multi AUV system is mainly composed of the water surface workbench and AUV with different functions. The water surface worktable is responsible for the processing of the system data, the optimization of the task assignment, and the release of the task instruction. Different functions of AUV are mainly responsible for receiving task instructions and going to the task sea to perform different tasks. In the present invention, aiming at some tasks that need fixed execution order in practical application, we optimize the task assignment of AUV with the shortest completion time as target, and get a better task assignment plan. The invention repeatedly optimizes the existing changes to be carried out in real time, and constantly ensures the optimal task allocation scheme in the current situation.

【技术实现步骤摘要】
一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法
本专利技术涉及异构多AUV系统的任务协调领域，具体涉及一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法。
技术介绍
一般来讲，单个AUV能够胜任一些简单的任务，单个AUV很难高效率的完成一些比较复杂的任务，例如：对不同区域的多种海洋资源，地形勘测的综合勘测任务等。这类规模或复杂性较大的任务中，单个的AUV，无论从能源角度还是勘测能力角度来看，均显得力不从心。于是多AUVs系统MAUVS便应运而生，试图通过多个AUV的共同分工与协作完成整个复杂的任务，其中每一个AUV只需要完成所分配到的某些子任务即可，如何将多个可能具有不同功能，不同性能的AUV合理分配这些子任务，以使该群体的工作效率最高，这一问题变得尤为重要。MAUVS应用为人们提出了许多新的有待解决的关键问题，包括MAUVS的组织结构、协调与协作机制、水下通信、数据融合、新型AUV平台等。国内外诸多研究机构已经在这些方面开展了由单AUV系统向MAUVS过渡的研究，其系统有以下几点优势：1)某些任务是单个AUV无法完成的，必须由MAUVS才能够成功完成；2)任务的高度并发执行在速度上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)建立水面工作站与AUV间的通讯，水面工作站通过无线电或无线网络获得每个AUV的初始位置信息，水面工作站通过与AUV间的数据交换获得AUV的精确的位置信息、装备类型信息；(2)进行水面工作站初始化工作、使命任务下载初始化工作、时钟初始化工作；初始化工作结束后，通过获得的使命任务相关信息，包括每个使命任务区域的坐标信息、海域面积信息，预算出每个使命区域执行扫描的时间；(3)建立以多AUV任务执行时间最短为目标函数的任务协调模型；(4)水面工作站根据任务数据信息和AUV的坐标信息对任务使用蚁群算法进行协调优化，...

【技术特征摘要】
1.一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)建立水面工作站与AUV间的通讯，水面工作站通过无线电或无线网络获得每个AUV的初始位置信息，水面工作站通过与AUV间的数据交换获得AUV的精确的位置信息、装备类型信息；(2)进行水面工作站初始化工作、使命任务下载初始化工作、时钟初始化工作；初始化工作结束后，通过获得的使命任务相关信息，包括每个使命任务区域的坐标信息、海域面积信息，预算出每个使命区域执行扫描的时间；(3)建立以多AUV任务执行时间最短为目标函数的任务协调模型；(4)水面工作站根据任务数据信息和AUV的坐标信息对任务使用蚁群算法进行协调优化，得到每个AUV的任务执行序列，并将这些优化结果与任务海域信息发送给AUV；(5)AUV收到任务指令后，自主前往其使命任务区域进行搜索，并在该海域扫描完成后，AUV上浮，立即将扫描结果回传给水面工作台；(6)水面工作站一旦收到AUV的扫描结果，立即计算各AUV完成当前任务需要的时间，结合新收到的扫描结果和之前等待执行的任务，对AUV的任务进行重新优化，并将优化结果实时的传递给各AUV，分配后续的任务。2.根据权利要求1所述的一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括：(4.1)获得使命任务区域、AUV的初始参数信息，初始化蚁群算法基本参数、时间参数；使命任务区域信息包括该海域的位置坐标、海域面积信息；AUV的参数信息主要包括：AUV的巡航速度V1、初始位置信息、执行扫雷任务时的速度V2；蚁群算法的基本参数包括：蚂蚁数量Num_ant，迭代次数iter_max，启发因子重要度因数α，信息素重要度因数β，信息素挥发系数ρ，信息素矩阵τ；(4.2)设置起点向量和终点向量，起点向量为各个AUV的编号，终点向量为各个任务目标海域的编号；(4.3)根据起点向量和终点向量计算所有可能路径的状态转移概率P；(4.4)采用轮盘赌法从状态转移概率P中选择出一条路径，作为本次循环的路径；(4.5)更新起点向量和重点向量，即原来的起点由终点替代，原来的终点被清除；(4.6)重复(4.3)-(4.5)，直到终点向量为空；(4.7)重复(4.2)-(4.5)步骤，直到本代所有蚂蚁实现遍历，记录每一个蚂蚁走过的路径；(4.8)更新每条路径上的信息素τ；(4.9)重复(4.2)-(4.8)直到所有代迭代完毕，记录所有路径中最短时间的任务分配信息；上面所述步骤中的状态转移概率P的计算公式如下：上式中启发函数矩阵η为蚂蚁要在该路径上的航行的时间的倒数，应为如下公式：上面所述步骤中的信息素更新原则公式如下：τij(t+1)＝Δτij(t,t+1)+ρ·τij(t)；上述各公式中i，j分别表示路径的起点终点编号，k为蚂蚁编号，m为AUV编号，Num_ant为蚂蚁个数，allowedk表示满足约束条件的终点集合，α为启发因子重要度因数，β为信息素重要度因数，η为启发函数矩阵，ρ为信息素挥发系数，其取值范围为0～1，τ为信息素矩阵，D为路径起点与终点的距离矩阵，V1为灭雷型AUV的速度向量，Tij为蚂蚁k的航行时间。3.根据权利要求1所述的一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，所述的步骤(6)具体包括：(6.1)判断是否有新的任务目标出现，如果未出现，保持原来的AUV任务协调策略；如果出现，获得新的任务目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，张昆玉，鲁赛，张秉健，刘彩云，袁锐锟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23