基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法及系统，涉及智能无人集群协同控制领域。本发明专利技术方法引入了改进的匈牙利算法，依据任务执行的代价函数值求解非平衡指派问题，并根据任务执行约束进行任务调度，降低任务执行代价的同时兼顾了集群任务负载的均衡性；进一步的，本发明专利技术采用改进的A*算法，将任务指派与调度后的输出作为路径规划的输入，以寻找复杂场景中智能体与任务目标之间的最短可行路径作为最优路径；再一方面，本发明专利技术基于动态人工势场法的无人集群覆盖搜索算法，能够提高无人集群在复杂场景中的搜索覆盖率，进而提高任务目标被搜索到的概率，提高总任务完成率。本发明专利技术方法尤其适于在复杂障碍物环境中应用。中应用。中应用。

【技术实现步骤摘要】
基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能无人集群协同控制
，特别是涉及一种基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法及系统。

技术介绍

[0002]随着智能化需求的提升与智能技术的进步，无人集群的应用得到了越来越多的重视。无人集群中包括的各个智能体之间信息共享，每个智能体都能够分配任务和执行任务，并且智能体之间没有绝对的分级，这意味着没有固定地划分领导者与执行者。对于任务分配问题，相应的求解的算法还应当注重均衡性与协同性，另外对智能体搜索范围内的每个目标都有数个需顺序执行的任务，即算法需要考虑任务执行的时序约束。
[0003]对于上述任务分配问题，通常采用遗传算法、蚁群算法或粒子群算法等进化优化算法来解决，然而这类算法不是直接对问题进行求解，而是需要多轮迭代才能够找到近似最优解，因此实时性较差，并且这类算法更适用于对全局信息已知的分配问题进行求解，对于已知信息随动态过程增加的动态任务分配问题，这类算法耗费的大量迭代计算时间是没有必要的。对于动态任务分配问题，由于无人集群只能在航行过程中获取到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法，其特征在于，包括：无人集群在地图中对目标进行覆盖搜索，对于搜索到的目标生成待分配任务序列；所述无人集群中包括多个智能体，所述智能体包括无人机、无人车和机器人；所述无人集群中的每个智能体对所述待分配任务序列中的任务计算代价函数并构成代价矩阵；根据所述代价矩阵对任务分配问题进行建模，得到指派问题模型；采用改进的匈牙利算法对所述指派问题模型进行求解，得到任务指派方案；所述任务指派方案包括为每个智能体分配的任务集合；基于所述任务指派方案进行任务调度，得到每个智能体实际执行的任务序列；基于每个智能体实际执行的任务序列，采用改进的A*算法求解每个智能体执行任务时的最优路径；无人集群按照所述最优路径去执行每个智能体实际执行的任务序列中的任务，所有任务执行完毕后返回所述无人集群在地图中对目标进行覆盖搜索，对于搜索到的目标生成待分配任务序列的步骤。2.根据权利要求1所述的基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法，其特征在于，所述无人集群在地图中对目标进行覆盖搜索，对于搜索到的目标生成待分配任务序列，具体包括：无人集群采用基于动态人工势场的集群覆盖搜索算法在地图中对目标进行覆盖搜索，对于搜索到的目标生成待分配任务序列。3.根据权利要求2所述的基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法，其特征在于，所述无人集群中的每个智能体对所述待分配任务序列中的任务计算代价函数并构成代价矩阵，具体包括：所述无人集群中的每个智能体u
i
对所述待分配任务序列中的任务τ
k
计算代价函数C
i，k
＝L(u
i
，τ
k
)
‑
P(u
i
，τ
k
)；其中i∈{1，
…
，N
u
}，N
u
为无人集群中的智能体数量；k∈{1，...，3N
t
}，N
t
为搜索到的目标数量；C
i，k
为第i个参与分配的智能体u
i
对第k个任务τ
k
计算的代价函数值；L(u
i
，τ
k
)为损失函数；P(u
i
，τ
k
)为收益函数；将代价函数值C
i，k
作为代价矩阵第i行第k列的元素，来构成代价矩阵C。4.根据权利要求3所述的基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法，其特征在于，所述根据所述代价矩阵对任务分配问题进行建模，得到指派问题模型，具体包括：根据所述代价矩阵C对任务分配问题进行建模，得到指派问题模型其中X
i，k
为智能体u
i
对任务τ
k
的决策变量；决策矩阵X的第i行第k列元素为X
i，k
；r(τ
k
)为执行任务τ
k
需要消耗的资源数；r
ui
为智能体u
i
的剩余资源数；l(τ
k
)为任务τ
k
的类型；t(τ
k
)为任务τ
k
对应的目标；为执行任务τ
k
所需协同的智能体数。5.根据权利要求4所述的基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配方法，其特征在于，所述采用改进的匈牙利算法对所述指派问题模型进行求解，得到任务指派方案，具体包括：采用改进的匈牙利算法对所述指派问题模型进行求解，得到在保证约束成立条件下代价函数值最小的任务指派方案；其中ε(
·
)为阶跃函数；min(
·
)表示取最小值。6.一种基于改进仿生狼群的无人集群动态任务分配系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建磊，张春燕，王子珩，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：