一种广域无人机物流速运适配装置及其运行状态优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种广域无人机物流速运适配装置及其运行状态优化方法，适配装置包括物流控制中心

【技术实现步骤摘要】
一种广域无人机物流速运适配装置及其运行状态优化方法


[0001]本专利技术涉及大数据和改进的优化算法，尤其涉及一种广域无人机物流速运适配装置及其运行状态优化方法
。

技术介绍

[0002]目前，在无人机配送的推广问题上，仍然出现许多障碍
。
电池续航时间较短，动力系统是无人机的四大关键技术之一
。
在现有技术条件下，消费类无人机以钾电池为驱动系统，续航时间在
20
分钟左右，而随着无人机载重量的增加，无人机的续航能力也会相应下降，这极大限制了配送距离和品类
。
感知和避障能力有待提高
。
目前避障功能在军用无人机
、
高端商用无人机领城广泛的应用，而大众消费级无人机还少有能实现自动避障技术的厂家出现
。
因此在使用普通无人机进行快递配送的过程中，无人机容易受到外部环境的干扰，如何自动感知并躲避障碍物，考验无人机的感知和避障能力
。
[0003]在有限的城市低空空域，3架以上的无人机的相撞极易发生
。
一些无人机的避障系统可以在识别障碍后，在几米范围内停下来，但很难实现自动绕飞
。
与现有技术相比，监测模块可以实时监测无人机的状况，飞行模块让无人机实现避险，物流控制中心可以有效的提前规划好无人机的路程避免出现无人机与无人机的碰撞和电力不足，无人机与物流货车的结合降低成本，效率更高，节省了货车路上拥堵的时间
。
目前现有技术中有无人机运输，但是无法做到无人机与物流货车完美对接，通过建模与改进的算法计算无人机与物流车的位置与角度，进而做到很好的对接，提高了对接的成功率
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种广域无人机物流速运适配装置及其运行状态优化方法，利用改进的数学模型和改进后的算法计算无人机与物流货车对接的位置与角度，从而保证无人机与物流货车对接的成功率，使得货物成功送入货车，提供大型的物流中心来保障无人机配送的后勤工作；监测系统与维护系统多模块配合工作使得无人机运输更为安全；采用黑天鹅优化算法，优化了维护系统的无人机与物流货车对接时的位置修正，提高了对接的成功率和效率
。
[0005]技术方案：本专利技术广域无人机物流速运适配装置包括物流控制中心
、
通讯系统
、
飞行控制系统
、
物流站点
、
传感器系统
、
维护系统
、
算法优化系统和监测系统
。
[0006]物流控制中心负责管理货物和无人机；通讯系统通过导航模块和指令模块的共同作用向无人机及时更新下达指令；飞行控制系统通过路径规划模块
、
舱门控制模块和飞行模块的协同作用在传感器系统的帮助下，保证了无人机与物流货车的准确对接；维护系统和监测系统共同保障了无人机的正常的飞行状态
。
[0007]物流控制中心主要负责无人机运输飞行前的检查，对第三方监管机构进行飞行报备，在维护系统和监测系统的作用下对无人机的飞行路线进行实时监控并规划更新，提高货物的运送效率和无人机的安全性，对无人机完成运输任务后的飞行后检查，准确的飞行
航线同时还负责对无人机和货物的管理
。
[0008]通讯系统包含导航模块和指令模块，导航模块负责对无人机运送货物的飞行路线进行自动规划，指令模块在维护系统的协助下让物流控制中心及时更新飞行位置重新下达飞行指令，以保证后续飞行控制系统的稳定运行
。
[0009]飞行控制系统包含路径规划模块
、
舱门控制模块和飞行模块，路径规划模块根据通讯系统中导航模块自动规划的路线进行行驶，再结合实际路况信息和天气信息进行细微调整，避开风险路线；舱门控制模块结合传感器系统对物流货车舱门进行开关；飞行模块负责对无人机的飞行位置进行调整保证无人机与货车的安全对接，最终达到完成货物运输的飞行任务的目的
。
[0010]维护系统负责位置修正和实时报警
。
维护系统在无人机与物流货车通过传感器进行对接时，位置出现偏差
、
出现舱门未成功打开及对接失败的情况进行实时报警
。
维护系统根据传感器进行位置修正传达给物流控制中心对无人机下达指令，实现无人机与物流货车的对接
。
[0011]监测系统负责监测无人机的电力状态
、
货物状态
、
实时路况和飞行状态
。
监测系统将无人机在执行货物运输任务中飞行控制系统的情况实时监测并反馈到物流控制中心，同时将物流站点无人机与物流货车对接状况实时反馈到物流控制中心，做到对无人机运输作业的全程监控，保证了无人机能运输的稳定性与无人机自身的安全
。
[0012]传感器系统将传感器安装在无人机与物流货车上，通过传感器的交互实施无人机与物流货车的对接
。
[0013]本专利技术广域无人机物流速运适配装置的运行状态优化方法包括以下步骤：
[0014](1)
采用改进黑天鹅优化算法进行优化；
[0015]黑天鹅种群初始化数学描述如下：
[0016]x
i,j
＝1j
+rand
·
(u
j
‑1j
),i
＝
1,2,...,N,j
＝
1,2,...,m (1)
[0017]式中：
x
i,j
为第
i
个黑天鹅的第
j
维的位置；
N
为黑天鹅的种群数量；
m
为求解问题的维度；
rand
是
[0,1]范围内的随机数；
u
j
是求解问题的第
j
维的上下边界，1j
是求解问题的第
j
维的下边界；确定货物位置
。
[0018](2)
在黑天鹅优化算法中，黑天鹅种群用以下种群矩阵表示：
[0019][0020]式中：
X
为黑天鹅的种群矩阵；
X
i
为第
i
个黑天鹅的位置
。
[0021]在黑天鹅优化算法中，求解问题的目标函数用来计算黑天鹅的目标函数值；黑天鹅种群的目标函数值用目标函数值向量表示：
[0022][0023]式中：
F
为黑天鹅种群的目标函数向量；
F
i
第
i
个黑天鹅的位置
。
[0024](3)
改进后的黑天鹅优化算法
[0025]对
Sine
映射种群初始化，混沌映射使种群在搜索空间中的分布更加均匀，扩大搜索货物的范围
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：包括物流控制中心
、
通讯系统
、
飞行控制系统
、
物流站点
、
传感器系统
、
维护系统
、
算法优化系统和监测系统；所述物流控制中心负责管理货物和无人机；所述通讯系统通过导航模块和指令模块向无人机更新下达指令；所述飞行控制系统通过路径规划模块
、
舱门控制模块和飞行模块在传感器系统的协助下，将无人机与物流货车对接；所述维护系统和监测系统保障无人机的正常的飞行状态
。2.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述物流控制中心负责无人机运输飞行前的检查，对第三方监管机构进行飞行报备，在维护系统和监测系统的作用下对无人机的飞行路线进行实时监控并规划更新
。3.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述通讯系统包含导航模块和指令模块，所述导航模块负责对无人机运送货物的飞行路线进行自动规划，指令模块在维护系统的协助下使物流控制中心及时更新飞行位置重新下达飞行指令
。4.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述飞行控制系统包含路径规划模块
、
舱门控制模块和飞行模块，所述路径规划模块根据通讯系统中导航模块自动规划的路线行驶；舱门控制模块结合传感器系统对物流货车舱门进行开关；飞行模块对无人机的飞行位置调整保证无人机与货车的安全对接
。5.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述维护系统负责位置修正和实时报警，维护系统根据传感器进行位置修正传达给物流控制中心对无人机下达指令，实现无人机与物流货车的对接
。6.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述监测系统负责监测无人机的电力状态
、
货物状态
、
实时路况和飞行状态
。7.
根据权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置，其特征在于：所述监测系统将无人机在执行货物运输任务中飞行控制系统的情况实时监测并反馈到物流控制中心，同时将物流站点无人机与物流货车对接状况实时反馈到物流控制中心，对无人机运输作业进行监控
。8.
一种如权利要求1所述的广域无人机物流速运适配装置的运行状态优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
采用改进黑天鹅优化算法进行优化；黑天鹅种群初始化数学表述如下：
x
i,j
＝1j
+rand
·
(u
j
‑1j
),i
＝
1,2,...,N,j
＝
1,2,...,m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
式中：
x
i,j
为第
i
个黑天鹅的第
j
维的位置；
N
为黑天鹅的种群数量；
m
为求解问题的维度；
rand
是
[0,1]
范围内的随机数；
u
j
是求解问题的第
j
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马梦宇，潘子健，胡代明，温文潮，周孟雄，郭仁威，谢滢琦，谢金博，殷庆媛，纪捷，陈帅，张楚，彭田，孙娜，荆佳龙，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：