【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及月面探测，具体涉及一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法及系统。
技术介绍
1、随着人类对月球探索的不断深入，未来的月面巡视任务将向着更大范围、更高精度方向发展。美国阿波罗15号的月球车以航天员的驾驶为主，单次最长行驶距离为12.47公里，离开登月舱最远距离为5公里。中国嫦娥四号探月任务中的玉兔二号月球车具备地面遥控和自主导航能力，但是其移动范围较小，速度较慢。美国当前正在开展新一代月面巡视机器人的研究，包括无畏号月球车计划(intrepid)、全地形六角形地形探测者计划(the all-terrain hex-limbed extra-terrestrial explorer)、空间探索飞行器(spaceexploration vehicle)等，旨在开发移动范围更大、自主能力更高的巡视机器人。
2、随着我国探月工程的发展，未来一段时期月球探测主要任务将围绕在月面建立无人或有人月球科考站展开。月球实验室的选址工作是建站最为重要的前期准备工作之一，需要考察建站地址的地形、地质、月壤承载力、矿物资源与水冰富集度、光照、电磁辐射、热环境等多重约束条件，需要对众多备选地点做仔细勘察以供选择。备选地址之间的距离可能达到百公里级别且数量众多，因此对于备选地址的探测任务对多巡视器的大范围协同探测提出了较高的要求。面向未来此类强调协同巡视的场景，合理有效的巡视探测任务分配对于提高任务效率具有重要意义。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，针对月面大范围、多任务、多巡视
2、根据本专利技术的一方面，提出一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，该方法包括：
3、s1、根据月面多巡视器协同探测任务进行建模；
4、s2、基于月面协同探测任务，建立月面可探测点之间的可通行道路网；
5、s3、根据月面可通行道路网的探测信息，建立多巡视器月面探测时间网；
6、s4、利用单亲遗传算法对月面协同探测任务进行路径求解，获取各巡视器进行月面协同探测的最优路径。
7、进一步地，s1的具体步骤包括：
8、设月面有m台巡视器，每隔固定时间t出发一台，共需探测n个任务点，每个任务点只需探测一次，巡视器在任务点的探测时间为固定值，且巡视器在行进过程中需定时充电；各巡视器直接着陆到不同的任务点，以着陆点为起始点展开探测任务，探测完成不需要返回起始点，要求总探测时间最短；上述问题的多旅行商模型在一个加权无向图g＝(v,e)上描述，令集合v＝{v1,v2,…,vn}表示图g的顶点集合，集合e＝{eij＝(vi,vj)：vi,vj∈v,i≠j}表示图g边的集合，使用b1，b2，…，bm表示m个巡视器，a＝{a1，a2,…，an–1，an}为任务点集合；定义下述变量：
9、
10、
11、式(1)表示当巡视器k从任务点vi出发，到达任务点vj时，变量取值为1，其他情况下取值为0；式(2)表示当巡视器k访问过任务点i，变量取值为1，其他情况下取值为0；
12、使用变量dij表示任务点vi到vj之间的距离，dij定义为通过路径搜索算法计算出的两任务点之间路径的长度；tij表示从任务点vi出发到任务点vj结束的总时间，tij包括巡视器从任务点vi到任务点vj路途上的用时以及在任务点vj完成探测所需的时间，作为拓扑图中连接节点vi与节点vj的边eij的长度；加权无向图g中边的权值计算公式为：
13、eij＝tij＝tij(dij,v,tc,te) (3)
14、tij与两点之间的距离dij、巡视器行进速度v、探测时间tc、充电时间te相关。多巡视器协同探测任务规划的目标函数为：
15、t＝min(max(t1,t2,...,tm)) (4)
16、其中：
17、
18、约束条件为：
19、
20、式(4)表示m个巡视器完成任务所花费的总时间最小；式(5)表示第k次发射的巡视器完成任务所需的时间；式(6)表示从虚拟起点v0出发，所有探测点最少被一个巡视器访问一次。
21、进一步地，s2的具体步骤包括：
22、首先，将月面高程图转化为可行区域二值地图；可行区域二值地图的建立需要从月面dem地图数据中提取地形信息并计算坡度，然后将坡度超过巡视器能力限制的地图位置视为障碍物，坡度小于巡视器最大能力限制的视为可行区域；
23、接下来在可行区域二值地图基础上建立探测点之间的可通行道路图，包括确定探测点和计算可通行道路。
24、进一步地，s2中确定探测点和计算可通行道路的具体步骤包括：
25、对于探测点的位置，考虑探测任务的需求和月面地形信息，在满足探测任务的同时使探测点的选择在障碍物密集区域外；
26、对探测点之间的可通行性计算问题，利用a*算法在可行区域二值地图上搜索探测点之间的路径，若两个探测点之间存在路径，则认为这两个节点之间可以通行，在搜索过程中每次从候选节点列表中选取优先级最高的节点作为下一个遍历节点；采用曼哈顿距离作为a*算法中启发函数估计当前节点到目标节点之间的路径代价，曼哈顿距离是两节点之间y轴方向上距离与x轴方向上的距离之和。
27、进一步地，s2中确定探测点的具体步骤还包括：
28、根据巡视器的行驶能力限制巡视器的最大单次移动半径r，即当两个探测点之间的直线距离大于r时认为此两点之间不可直接到达；如果一个探测点无法到达半径r之内的任何一个节点，则认为该探测点不可到达，将该探测点从道路网中去除。
29、进一步地，s3的具体步骤包括：
30、首先，对于地形信息，利用路径周围障碍物的密集度来评估路径通行的难易程度，使用一个矩形滑动窗口在路径上平移来获取路径上各点的障碍物密集度；
31、巡视器的速度与障碍物密集度之间的关系表示为：
32、
33、式中，bh表示巡视器最小运动速度的障碍物密集度阈值，当障碍物密度大于该阈值时巡视器以最小速度匀速行进；bl表示巡视器最大运动速度的障碍物密集度阈值，当障碍物密度小于该阈值时巡视器以最大速度匀速行进；
34、得到巡视器的行进速度之后，计算巡视器在中途不停止的情况下走完一段路径所需的时间，计算公式表示为：
35、
36、式中，表示巡视器在中间不停止的情况下走完从探测点i到探测点j之间的路径所需的时间；l表示地图中一个栅格对应的巡视器运动距离；pij表示从探测点i到探测点j之间的路径对应的地图栅格点集合，当节点i和节点j不相邻时，节点之间的路径通过dijkstra算法在建立的月面道路网上搜索得到；
【技术保护点】
1.一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S1的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S2的具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S2中确定探测点和计算可通行道路的具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S2中确定探测点的具体步骤还包括：
6.根据权利要求5所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S3的具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S3中障碍物密集度的计算公式为：
8.根据权利要求7所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，S4的具体步骤包括：
9.根据权利要求8所述的一种月面探测时间网的多
10.一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，s1的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，s2的具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，s2中确定探测点和计算可通行道路的具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，s2中确定探测点的具体步骤还包括：
6.根据权利要求5所述的一种月面探测时间网的多巡视器协同任务规划方法，其特征在于，s3的具体步...
【专利技术属性】
技术研发人员：白成超，郑红星，陈亮，颜鹏，郭继峰，张琦，李伟尧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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