面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法技术

本发明专利技术提供一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法

【技术实现步骤摘要】
面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法


[0001]本专利技术涉及协同观测
，具体涉及一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法
、
系统
、
存储介质和电子设备
。

技术介绍

[0002]在出现大规模紧急任务的场景下，单独使用卫星可以利用其通常距离地面
100km
以上的特点进行全方位观测，但同时存在由于观测区域较大，导致图像分辨率较低
、
观测内容不够准确的问题
。
而单独使用无人机进行观测则可能导致观测范围过小，无法在短时间了解全貌
。
两者互为补充，则可以实现在较短时间内对大范围应急场景下重点观测目标信息的完整度和准确率的提升
。
[0003]卫星与无人机协同观测是指综合利用卫星与无人机，对同一观测任务进行统一的规划及执行
。
然而在现有研究中，综合利用卫星与无人机协同观测来处理应急任务较少，并且在研究过程中通常将应急任务观测收益设为固定值，未考虑到应急任务的完成时间与重要程度对观测收益的影响，进而无法满足应急任务观测的时效性与综合收益最大的目标
。
[0004]鉴于此，有必要提供一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方案
。

技术实现思路

[0005](
一
)
解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法
、
系统
、
存储介质和电子设备，解决了在较短时间内未能充分利用多种观测资源的技术问题
。
[0007](
二
)
技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法，包括：
[0010]S1、
执行任务选择，获取应急任务集合；
[0011]S2、
根据卫星的可见时间窗口与已有任务约束，结合每一应急任务的完成时间窗要求，执行任务调度，获取卫星与无人机协同观测方案；
[0012]S3、
重复执行
S2
，获取多个卫星与无人机协同观测方案；
[0013]S4、
考虑综合观测收益值最大化，在所述多个卫星与无人机协同观测方案中评优输出最优方案
。
[0014]优选的，所述
S1
包括：
[0015]S11、
将规定时间切分为固定时长的时间段，组成集合将规定时间切分为固定时长的时间段，组成集合其中
Y
为时间段数量，为第
i
个时间段内的应急任务集合，
i
y
为第
i
个时间段内的应急任务数量；
[0016]S12、
在不同时间段应急任务集合
T
E
中随机选择两个集合
[0017]S13、
分别从中按照时间先后顺序找出，最先能够被执行的应急任务若都能找到，转入
S14
；若否，则结束任务选择；
[0018]S14、
比较两个应急任务本身已知的收益值
R
i
大小，选择其中收益值
R
i
大的作为待调度任务；
[0019]S15、
将未被选择的应急任务放回该任务集，并对所有应急任务进行更新，转入
S12
直至在规定时间内只剩最后一个任务则自动选择执行或到达规定时间时则自动停止选择，任务选择迭代终止并输出所述应急任务集合
。
[0020]优选的，所述
S2
包括：
[0021]S21、
在应急任务集合中随机选择应急任务计算其完成时间窗是否存在满足卫星执行观测的可用时间窗集若存在，则转入
S22
；若不存在，则转入
S27
；其中，为应急任务最早执行时间，为应急任务最迟结束时间；
[0022]S22、
更新可用时间窗集将的当前所有可用时间窗按照时间先后顺序依次放入并按照排序选择可用时间窗；
[0023]S23、
将应急任务插入到当前可用时间窗，若未与相邻的任务发生冲突，则选择直接插入并更新调度序列，转入
S25
；若发生冲突，则转入
S24
；
[0024]S24、
判断与应急任务发生冲突的任务类型；若为常规任务，则选择将调度序列中的该常规任务剔除，并替换为应急任务转入
S25
；若为应急任务，则选择删除该可用时间窗，转入
S22
；
[0025]S25、
计算卫星将获取的图像下传到地面站，再判断由无人机对任务执行观测的所需最短时间，是否满足在时间窗内完成；若满足，转入
S26
；若不满足，则应急任务由卫星独立完成，在应急任务集合删除应急任务并判断应急任务集合是否为空集，若是，则任务调度结束并输出所述卫星与无人机协同观测方案，否则转入
S22
；
[0026]S26、
应急任务在卫星观测完成后立即下传，再由无人机根据卫星获取的信息再次进行高精度观测，在应急任务集合删除应急任务并判断应急任务集合是否为空集，若是，则任务调度结束并输出所述卫星与无人机协同观测方案，否则转入
S22
；
[0027]S27、
选择无人机对该任务进行观测，在应急任务集合删除应急任务并判断应急任务集合是否为空集，若是，则任务调度结束并输出所述卫星与无人机协同观测方案，否则转入
S22。
[0028]优选的，所述
S4
中根据预先构建的协同观测模型，对所述多个卫星与无人机协同观测方案进行评优；其中所述协同观测模型包括目标函数：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035]其中，
i
为应急任务索引，为应急任务集合，
m
为任务数量；
j
为卫星执行观测的可用时间窗的索引，
n
为可见时间窗数量；
k
为无人机的索引，
o
为无人机数量；
[0036]F
为最大化综合观测收益目标；
[0037]对应为卫星与无人机协同观测
、
卫星独立观测
、
无人机独立观测的综合收益值；
[0038]对应为应急任务由卫星与无人机协同观测
、
卫星独立观测
、
无人机独立观测的收益值，且
[0039]均为决策变量
。
[0040]优选的，所述协同观测模型还包括约束条件：
[0041][004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向大规模应急场景下的卫星与无人机协同观测方法，其特征在于，包括：
S1、
执行任务选择，获取应急任务集合；
S2、
根据卫星的可见时间窗口与已有任务约束，结合每一应急任务的完成时间窗要求，执行任务调度，获取卫星与无人机协同观测方案；
S3、
重复执行
S2
，获取多个卫星与无人机协同观测方案；
S4、
考虑综合观测收益值最大化，在所述多个卫星与无人机协同观测方案中评优输出最优方案
。2.
如权利要求1所述的卫星与无人机协同观测方法，其特征在于，所述
S1
包括：
S11、
将规定时间切分为固定时长的时间段，组成集合将规定时间切分为固定时长的时间段，组成集合其中
Y
为时间段数量，为第
i
个时间段内的应急任务集合，
i
y
为第
i
个时间段内的应急任务数量；
S12、
在不同时间段应急任务集合
T
E
中随机选择两个集合
S13、
分别从中按照时间先后顺序找出，最先能够被执行的应急任务若都能找到，转入
S14
；若否，则结束任务选择；
S14、
比较两个应急任务本身已知的收益值
R
i
大小，选择其中收益值
R
i
大的作为待调度任务；
S15、
将未被选择的应急任务放回该任务集，并对所有应急任务进行更新，转入
S12
直至在规定时间内只剩最后一个任务则自动选择执行或到达规定时间时则自动停止选择，任务选择迭代终止并输出所述应急任务集合
。3.
如权利要求1所述的卫星与无人机协同观测方法，其特征在于，所述
S2
包括：
S21、
在应急任务集合中随机选择应急任务计算其完成时间窗是否存在满足卫星执行观测的可用时间窗集
CVTW
iE
；若存在，则转入
S22
；若不存在，则转入
S27
；其中，为应急任务最早执行时间，为应急任务最迟结束时间；
S22、
更新可用时间窗集
CVTW
iE
；将的当前所有可用时间窗按照时间先后顺序依次放入
CVTW
iE
，并按照排序选择可用时间窗；
S23、
将应急任务插入到当前可用时间窗，若未与相邻的任务发生冲突，则选择直接插入并更新调度序列，转入
S25
；若发生冲突，则转入
S24
；
S24、
判断与应急任务发生冲突的任务类型；若为常规任务，则选择将调度序列中的该常规任务剔除，并替换为应急任务转入
S25
；若为应急任务，则选择删除该可用时间窗，转入
S22
；
S25、
计算卫星将获取的图像下传到地面站，再判断由无人机对任务执行观测的所需最短时间，是否满足在时间窗内完成；若满足，转入
S26
；若不满足，则应急任务由卫星独立完成，在应急任务集合删除应急任务并判断应急任务集合是否为空集，若
是，则任务调度结束并输出所述卫星与无人机协同观测方案，否则转入
S22
；
S26、
应急任务在卫星观测完成后立即下传，再由无人机根据卫星获取的信息再次进行高精度观测，在应急任务集合删除应急任务并判断应急任务集合是否为空集，若是，则任务调度结束并输出所述卫星与...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳鹏，卜惠云，胡笑旋，朱外明，孙海权，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：