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研究论文

多燃料约束无人机任务覆盖补给航路规划

出版:2022年9月1日出版历史
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摘要

摘要

小型无人空中系统(sUAS),如四旋翼机,由于其跑道独立性、不受地形限制的机动性、低成本和简单的硬件,非常适合进行空中监视。然而,电池容量限制限制了无人机的有效射程和耐久性,需要人工干预以更换电池或进行手动充电以进行更长时间的操作。为了增加其射程,无人地面车辆(UGV)可以根据需要提供充电站。然后,问题是为无人值守地面飞行器和无人值守地面飞行器找到最佳路径,以访问任务点和无人值守地面飞行器无人值守地面飞行器交会点进行充电。我们提出了一种三层启发式算法来解决这个计算困难的组合优化问题:(1)使用K-means聚类来寻找UGV航路点,(2)使用旅行商公式(TSP)来求解最优UGV路线,以及(3)带容量约束、时间窗、,而减少的访问用于解决sUAS路由。我们使用约束编程优化TSP和VRP,在标准台式计算机上大约一分钟内实现25个任务点和最多4个sUAS的解决方案。我们还发现约束编程解算器的速度快7到30倍,但4到15倍%与提供精确解的混合积分求解器相比,它是次优的。此外,我们在Monte-Carlo方法中使用约束编程求解器来评估任务扩散、集群数量和sUAS数量对最优解的作用。我们的贡献是为sUAS-UGV的路径选择开发了启发式算法,随着更多任务点和sUAS的添加,在不大幅增加计算时间的情况下,可以生成高质量的解决方案。

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    智能与机器人系统杂志封面图片
    智能与机器人系统杂志 第106卷第1期
    2022年9月
    479页
    国际标准编号:0921-0296
    期刊目录

    ©作者,Springer Nature B.V.2022独家授权。根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议,Springer Nature或其许可人对本文章拥有专有权;作者对本文已被接受的手稿版本的自行归档仅受此类出版协议和适用法律的条款管辖。

    出版商

    Kluwer学术出版社

    美国

    出版历史

    • 出版:2022年9月1日
    • 认可的:2022年8月23日
    • 收到:2021年10月11日

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