融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统技术方案

本发明专利技术公开一种融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，在区块链支持分散式任务下发的前提下，将区块链节点中宏观任务指令向无人机下发并形成无人机群寻路微观决策指令的功能

【技术实现步骤摘要】
融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统


[0001]本专利技术涉及一种融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，属于计算机软件

。

技术介绍

[0002]近年来，国内外针对无人机群自主协同任务执行问题开展了大量的研究
。
然而，目前该技术仍处于算法研究和技术验证阶段，距离实际应用仍有较大距离
。
面对一个无人机群寻路问题，传统方法为使用一个中央规则系统实时收集各无人机状态信息，再根据其规则计算出每个无人机下一步的行动指令，之后将每条行动指令分别发送给无人机群中各无人机进行执行
。
这种方法使得中央规则系统成为了计算瓶颈，并且其规则的制定好坏直接影响了寻路任务的执行效果，往往有着较高的任务失败概率
。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供一种适用于无人机群进行寻路任务的系统，具体是一种融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，将决策权利下放到单个无人机上，上层只需传递宏观任务指令，下层无人机实时根据状态信息和宏观任务指令，通过训练后产生的智能模型产生微观决策指令完成寻路任务
。
[0004]本专利技术可以有效保证无人机均寻路任务执行的安全性
、
高效率与智能性
。
通过区块链进行宏观任务指令的分发可以通过区块链分布式
、
可追溯防篡改的特性保证宏观任务指令分发到无人机过程中的安全性
>。
将宏观任务指令拆分为微观决策指令的过程中会产生大批量的数据，将此过程放到链下进行交互传输将有助于提高系统运行的效率，并为后续强化学习寻路模型决策的实时性提供保障
。
上级下派宏观任务指令后，需要在无人机上执行的微观决策指令由强化学习寻路模型产生，将有助于降低无人机集群无人机群任务执行过程中单个无人机的损伤概率，提升宏观任务指令执行成功的总体概率
。
[0005]技术方案：一种融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，包括：实物硬件平台，包含实物无人机和其上放置的外部定位传感器系统
。
[0006]任务软件平台，包含一个区块链节点用于发布分配宏观任务指令给机群中各无人机，包含一个观测信息
Obs
计算模块，用于综合无人机群状态信息
State
，分别为每架无人机计算其专属观测信息
Obs。
[0007]无人机软件系统，包含一个消息交互模块，主要用于同任务软件平台通信进行状态信息
State
的发送，观测信息
Obs
的获取；包含一个策略模块，主要用于封装训练好的强化学习寻路模型，根据观测信息
Obs
输出微观决策指令
Cmd
；包含一个无人机模块，主要用于封装不同类型无人机的移动能力，根据其编程接口为具体的微观决策指令
Cmd
提供具体实现，并且实时读取无人机的状态信息
State
；包含一个状态处理模块，用于根据观测信息
Obs
进行无人机运动状态的判断，从而决定是否输出降落指令
。
[0008]一个任务软件平台和与其通信的所有无人机软件系统组成一个任务簇，整个无人
机群中的多个任务簇通过任务软件平台中的区块链节点构成的区块链发布宏观指令
。
[0009]进一步的，所述无人机软件系统运行在实物无人机上的机载计算机上，实时与运行在地面站上的任务软件平台进行状态信息
State
和观测信息
Obs
的交互，并根据区块链节点发布的宏观任务指令的目标不断通过机载强化学习寻路模型生成微观决策指令
Cmd
并执行，最终完成寻路任务，任务步骤如下：步骤1）无人机群各无人机连接所属任务簇的任务软件平台从区块链节点上获取自己的宏观任务指令，指令内容为簇内各无人机本次任务的飞行目标点
。
并进行观测信息的初始化操作
。
[0010]步骤2）无人机群各无人机从自己无人机模块获取状态信息
State
发送至任务软件平台
。
[0011]步骤3）任务软件平台综合无人机群各无人机状态信息
State
为各无人机计算观测信息
Obs
，并发送各无人机消息交互模块
。
[0012]步骤4）无人机群各无人机将观测信息
Obs
送入状态处理模块判断目前的飞行状态，包括宏观任务执行完毕判断，以及障碍物碰撞判断，如果出现了以上状态，则跳往步骤7）
。
[0013]步骤5）无人机群各无人机将观测信息
Obs
送入策略模块计算本次需要执行的微观决策指令
Cmd。
[0014]步骤6）无人机群各无人机将微观决策指令
Cmd
送入无人机模块进行执行，无人机进行新一步的运动
。
在单位命令执行时间
1s
后跳回步骤
2)。
[0015]步骤7）无人机宏观任务指令执行完毕或与障碍物进行了碰撞，无人机执行微观决策指令
Cmd
中的降落指令
LandCmd。
[0016]进一步的，所述实物无人机上搭载有外部定位传感器系统，以
UWB
作为水平定位传感器，以激光雷达作为垂直定位传感器
。
[0017]进一步的，区块链节点用于发布分配给机群中各无人机宏观任务指令，各无人机宏观任务指令的内容为此次任务无人机所需要到达的目标点三维坐标
。
[0018]进一步的，观测信息
Obs
计算模块实时综合无人机群状态信息
State
，无人机群状态信息
State
：包括无人机三维坐标
、
无人机三维速度
、
无人机三维加速度和无人机姿态角，分别为每架无人机计算其专属的观测信息
Obs
，包括：与目标的相对位置
、
无人机偏航角方向
、
与障碍物的距离信息
、
无人机的飞行状态信息
。
[0019]进一步的，消息交互模块主要用于约定无人机与任务软件平台发送状态信息
State
与接收观测信息
Obs
的接口的格式，以及支持各种通信协议的具体实现包括
http
协议
、rpc
协议以及消息队列
。
[0020]进一步的，策略模块封装了训练好的强化学习寻路模型，寻路模型约定输入输出均为一维向量；策略模块设置抽象类
StrategyAgent
代表抽象的寻路模型；抽象类
StrategyAgent
：包含
transformOb本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，其特征在于，包括：实物硬件平台，包含实物无人机和其上放置的外部定位传感器系统；任务软件平台，包含一个区块链节点用于发布分配宏观任务指令给机群中各无人机，包含一个观测信息
Obs
计算模块，用于综合无人机群状态信息
State
，分别为每架无人机计算其专属观测信息
Obs
；无人机软件系统，包含一个消息交互模块，用于同任务软件平台通信进行状态信息
State
的发送，观测信息
Obs
的获取；包含一个策略模块，主要用于封装训练好的强化学习寻路模型，根据观测信息
Obs
输出微观决策指令
Cmd
；包含一个无人机模块，用于封装不同类型无人机的移动能力，根据其编程接口为具体的微观决策指令
Cmd
提供具体实现，并且实时读取无人机的状态信息
State
；包含一个状态处理模块，用于根据观测信息
Obs
进行无人机运动状态的判断，从而决定是否输出降落指令；一个任务软件平台和与其通信的所有无人机软件系统组成一个任务簇，整个无人机群中的多个任务簇通过任务软件平台中的区块链节点构成的区块链发布宏观指令
。2.
根据权利要求1所述的融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，其特征在于，所述无人机软件系统运行在实物无人机上的机载计算机上，实时与运行在地面站上的任务软件平台进行状态信息
State
和观测信息
Obs
的交互，并根据区块链节点发布的宏观任务指令的目标不断通过机载强化学习寻路模型生成微观决策指令
Cmd
并执行，最终完成寻路任务，任务步骤如下：步骤1）无人机群各无人机连接所属任务簇的任务软件平台从区块链节点上获取自己的宏观任务指令，指令内容为簇内各无人机本次任务的飞行目标点；并进行观测信息的初始化操作；步骤2）无人机群各无人机从自己无人机模块获取状态信息
State
发送至任务软件平台；步骤3）任务软件平台综合无人机群各无人机状态信息
State
为各无人机计算观测信息
Obs
，并发送各无人机消息交互模块；步骤4）无人机群各无人机将观测信息
Obs
送入状态处理模块判断目前的飞行状态，包括宏观任务执行完毕判断，以及障碍物碰撞判断，如果出现了以上状态，则跳往步骤7）；步骤5）无人机群各无人机将观测信息
Obs
送入策略模块计算本次需要执行的微观决策指令
Cmd
；步骤6）无人机群各无人机将微观决策指令
Cmd
送入无人机模块进行执行，无人机进行新一步的运动；在单位命令执行设定时间后跳回步骤
2)
；步骤7）无人机宏观任务指令执行完毕或与障碍物进行了碰撞，无人机执行微观决策指令
Cmd
中的降落指令
LandCmd。3.
根据权利要求1所述的融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，其特征在于，所述实物无人机上搭载有外部定位传感器系统，以
UWB
作为水平定位传感器，以激光雷达作为垂直定位传感器
。4.
根据权利要求1所述的融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，其特征在于，区块链节点用于发布分配给机群中各无人机宏观任务指令，各无人机宏观任务指令的内容为此次任务无人机所需要到达的目标点三维坐标
。
5.
根据权利要求1所述的融合区块链宏观任务和微观决策指令的无人机群寻路系统，其特征在于，观测信息
Obs
计算模块实时综合无人机群状态信息
State
，无人机群状态信息
State
：包括无人机三维坐标
、
无人机三维速度
、
无人机三维加速度和无人机姿态角，分别为每架无人机计算其专属的观测信息
O...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾宇豪，胡昊，王文，汪亮，陶先平，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：