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[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
唐灿 宗望远 黄小毛 罗承铭 李文成 王绍帅
针对含障碍物多田块条件下的多台农用无人机路径规划问题,研究提出一套完整的多无人机协同作业路径优化算法解决方案。以最小转移路径长度为作业优化目标,先基于多边形扫描填充算法计算出水平航向条件的初始覆盖作业航线,对航线间危险转移过程进行安全边界相交性测试,每单一田块分别采用凸多边形"最小跨度法"和非凸多边形"步进旋转法"优化作业航向。然后建立航线调度及航次规划数学模型,并基于Google OR-Tools开源优化软件套件进行求解。对比不同航线组合调度策略下的作业效果,以及考虑消耗品补给时的OR-Tools 5种优化搜索策略算法与无人机沿航向方向等面积划分算法的作业优化效果。针对4组假想田块和真实田块的算例仿真试验表明,该算法能够有效地实现多田块在满足各种约束条件下的多机协同路径规划,算法耗时70～552 s,相比于等面积划分算法,航线间转移路径总长度下降24.86%～47.10%。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
严炜 龙长江 李善军
为解决不规则区域内农用无人机植保作业问题,以农用无人机的总飞行距离和多余覆盖率为指标建立模型,将无人机的植保作业航向角作为优化目标,并考虑有障碍物下的情形,采用差分进化算法(different evolution algorithm,DE)与量子退火算法(quantum annealing algorithm,QA)融合的方法对应用模型进行求解,分析算法的执行过程并进行MATLAB仿真试验。结果显示:在设定的不含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法(differential evolution algorithm-quantum annealing,DEQA)时无人机总的飞行距离分别减少101.52、73.00 m,转弯路径分别减少43.02、43.10 m,多余覆盖率分别减少22.25%和12.79%;在设定的含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法时无人机总的飞行距离分别减少73.24、24.54 m,转弯路径分别减少52.50、12.72 m,多余覆盖率分别减少72.34%、23.52%,其余指标均有所下降。仿真结果表明,采用差分量子退火算法能够完成农田区域路径规划问题,可为农用无人机路径规划提供技术支持。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
李文峰 徐蕾 杨琳琳 刘文荣 潘坤 李超
摘要：［目的］针对丘陵地区因田块碎片化和障碍物影响农业机器人作业的情况。本研究旨在提出一种基于改进蚁群算法和A*算法相结合的多田块路径规划方法。［方法］通过无人机构建农田遥感影像，利用栅格法对农田进行环境建模，再进行子区的划分与合并，在蚁群算法中引入区域启发函数，对不同区域内的移动代价作区分，并通过人工增加最优路径中的信息素浓度和建立自适应信息素挥发系数，对信息素更新方法进行改进，以此求解作业子区间的最优遍历顺序，利用具有启发式搜索功能的A*算法进行子区连接路径规划，最终实现多田块路径规划。［结果］MATLAB仿真试验结果表明，在子区数量为40时，采用改进蚁群算法进行规划的平均路径长度比传统的蚁群算法减少了3.19%，平均迭代收敛次数减少了79.5%；在路径遍历仿真试验中，农业机器人遍历路径覆盖率能达到100%，路径重复率为6.48%。利用农田无人机遥感影像和田间作业参数进行自然环境的仿真试验，进一步验证了该方法的有效性。［结论］本研究提出的方法能有效解决丘陵地区农业机器人多田块路径规划问题，可为丘陵地区农业机器人大面积作业提供路径参考与技术支持。
[期刊] 物流技术
[作者]
刘亚京 吕文红 王国娟 梁璐莉
主要阐述末端无人机物流路径规划的研究进展。从智能避障、精确跟踪、多无人机协同规划三个方面论述了无人机路径规划研究现状;从无人机配送的约束条件(时间窗限制、续航里程限制)和无人机配送模式(配送中心和配送路径共同优化的方式、"配送车+无人机"新型配送)两个方面论述了末端无人机物流路径规划研究现状。研究表明末端无人机物流路径规划面临续航里程限制、配送回路总数过多等问题;今后末端无人机物流路径规划研究应该主要在配合无人机物流模式创新的基础上展开研究,如配送车携带充电桩、建立地面巡逻式移动充电站、建立无线充电基站等。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
李红军 何雄奎 宋坚利 杨苡
为全面掌握全球农用无人机的研发态势,对2000—2019年Web of Science数据库中的论文和Derwent数据库中的专利进行分析。结果显示:中国、美国、西班牙、德国、日本和印度是农用无人机研发的主要国家;无人机论文数量前五强机构均来自中国,专利数量前五强机构以美国的公司为主,但农用无人机及植保无人机专利数量前五强机构来自中国的最多;中国在植保无人机研究中占据主导地位,论文和专利数量占全球的比例分别为61%和78%;农用无人机重要论文的产出国为西班牙和美国,而重要专利的产出国为美国和中国;农用无人机研发关注作业系统、测控系统和方法原理等方面,其中植保无人机研发侧重于作业系统和部件;农用无人机在遥感监测、长势监测与估产、植物保护中有广泛应用,在畜禽监管、播种授粉、农业灌溉等方向也逐步得到推广。作业对象信息特征的提取和分析是农用无人机推广应用的关键,未来的研发既要关注终端的作业设备研究,还要深入开展作业对象表型的研究,开发出高敏感度的传感器,适应精准农业的要求。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张佳庆 孙韬 蒋弘瑞 段君瑞 缪煦扬 纪杰
跨越林区的高压输电线路建设存在诱发森林火灾的风险,因此必须重视高压输电线路的巡检工作。目前,以防范林区火灾风险为目的开展的无人机巡检路径规划的相关研究较少,且已有研究未针对电网系统的运维安全,也未考虑各火灾风险因素间的相互影响。因此,该文提出一种基于网络分析法(analytic network process, ANP)和遗传算法(genetic algorithm, GA)的森林电网无人机巡检路径规划方法。首先结合历史数据和实地调研,识别出影响森林火灾风险的典型因素,并对所在线路及周边林区开展火灾风险评估,划分出高火险区域;再将这些高火险区域设置为巡检节点,基于GA规划出最短的无人机巡检路径。此外,提出一种基于最大偏转角约束的路径优化方法,对路径中不满足最大偏转角约束的节点进行了优化。该文以中国池州市九华密集输电通道锦苏线3542#—3547#为应用对象,评估得出了线路周边存在10处高火险区域,规划出长度为5 391.72 m的无人机巡检路径,再利用最大偏转角约束的方法进行路径优化,优化后的路径总长为5 401.36 m,仅比原路径增长了0.179%。该文提出的无人机巡检路径规划方法以火灾风险评估为基础,兼顾了各林火风险因素间的相互影响,可以为后续林区高压输电线路的无人机巡检路径规划相关研究提供参考。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
焦庆宇 陈新锋 郑志刚 柏艺琴 刘艳思 张正娟 孙龙妮
为解决无人机数量的快速增长导致其对地面尤其是城市内运行风险的提升,提高无人机的运行效率,减少无人机对地面人群造成的威胁,需基于人群密度对无人机制定特定的路径规划。然而,现阶段对无人机进行路径规划时仍以静态人口统计数据作为地面风险的分析依据,未能根据人群密度的时空变化特征对无人机进行实时路径规划。论文首先分析城市路网人群密度时空数据特征;其次,利用卷积神经网络对不同区域的人群密度进行预测;最后,根据已预测的人群密度数据,利用改进A~*算法对无人机进行实时路径规划及风险评估。使用该模型对北京上空无人机路径进行规划,结果显示,无人机运行风险降低了76%,可为无人机交通管理系统实时路径规划功能的建立提供理论参考。
[期刊] 运筹与管理
[作者]
乐健驿 宋业新 陈洋
多舰载无人机协同对海上目标攻击的任务规划是有效提高无人机海上作战能力的关键技术之一。不同于陆基起降平台，舰载无人机的起降平台为复杂海洋环境下的移动平台。针对这一特点，考虑了舰载无人机起降场为存在时间窗口约束的移动起降场、完成任务所需空中时间以及生存威胁等各方面因素，以攻击收益最高、无人机损毁最小为目标建立了多目标任务规划模型，并给出了双种群优化算法对其进行求解。通过与经典的NSGA-2、SPEA2等多目标优化算法进行对比，仿真结果表明该方法是可行、有效的。
关键词：
舰载无人机 双种群优化算法 任务规划
[期刊] 物流技术
[作者]
王慧明 黄永晖 范雨哲 孙术发 郭成波
针对目前以车辆运输为主的血液配送系统中供给与需求容易产生不匹配的问题,对无人机血液配送系统展开了研究,对比分析了无人机血液配送系统对传统血液供应模式的改进,研究了无人机配送所需的血液运输箱和夹持机构设计原则,规划了无人机血液配送的流程,通过划分血液采集网点、血液需求调度中心和无人机调度系统在无人机血液配送中的职能作用,构建了无人机血液配送的整体方案,为无人机血液配送系统的应用提供了理论支持。
关键词：
无人机 血液配送 血库管理 无人机调度
[期刊] 工业工程
[作者]
谢勇 郑绥君 程念胜 朱洪君
针对无人仓中多AGV路径规划与冲突问题，以最小化总行程时间为目标，建立多AGV路径规划模型，提出一种基于动态决策的改进DQN算法。算法设计了基于单AGV静态路径规划的经验知识模型，指导AGV的学习探索方向，提前规避冲突与障碍物，加快算法收敛。同时提出基于总行程时间最短的冲突消解策略，从根本上解决多AGV路径冲突与死锁问题。最后，建立无人仓栅格地图进行仿真实验。结果表明，本文提出的模型和算法较其他DQN算法收敛速度提升13.3%，平均损失值降低26.3%。这说明该模型和算法有利于规避和化解无人仓多AGV路径规划冲突，减少多AGV总行程时间，对提高无人仓作业效率具有重要指导意义。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
崔俊云 陈迪 袁野 马玉亮 王国仁
工作者的路径规划问题是空间众包中一个重要的研究内容。当前路径规划问题的研究主要集中在离线情形下,然而在线情形下的路径规划更符合现实需求。因此,该文从众包物流和共享巴士等典型空间众包平台中提取出了一个在线路径规划问题——空间众包中终点固定的在线路径规划问题。首先研究了Euclidean空间上的路径规划问题,提出了基于粒子群的在线粒子群路径规划算法,该算法通过在线追踪最优解来进行路径规划,同时,提出了基于k近邻的在线局部粒子群路径规划算法。还研究了面向路网的路径规划问题,提出了加权最短路径边界索引和路网上的在线局部粒子群路径规划算法。最后,通过真实数据上的大量实验验证了上述算法的有效性和高效性,其中在线局部粒子群路径规划算法拥有更好的效果。
[期刊] 运筹与管理
[作者]
彭勇 殷树才
车辆路径问题由于其广泛的应用领域及经济价值而成为学术研究热点。然而,在已有的研究文献中,车辆的速度时变与服务多任务特性很少被关注。本文讨论了具有这两个特性的单车路径优化问题。建立了以送货完成时间最早为优化目标的时变单车送货路径优化模型。由于很难获得该模型的精确解,本文提出了一种贪婪补货策略压缩原问题解空间,设计动态规划算法给出了车辆行驶时间满足FIFO规则的送货顺序近似最优解。数值算例验证了该算法所得到的解仅是原问题的近似最优解这一结论。算例同时表明优化配送时间随着车辆装载能力的增大而缩短,并在车辆装载能力超过所有客户配送总需求时实现最短配送时间,即,使用较大装载能力车辆能节约更多配送时间。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
高梦阗 韩继良 冯晓春 林娜 阮俊虎
为解决农业社会化服务平台下植保无人机“单基站-多无人机”模式任务分配调度的精细化匹配问题，建立了任务分配调度的两阶段混合整数规划模型。首先，引入了考虑温度影响下的农药药效可变时间窗、植保无人机农田中飞行模式选择、变动耗电速率等农业参数变量，在快速精准解决农户分散的植保需求条件下，求解出植保无人机任务分配调度的成本最小化目标；然后在保证其他参数不变的情况下，分别改变植保无人机的电池额定续航时间、农田中的飞行模式、温度对应的最佳药效可变时间窗和需求大小4个参数，研究了植保成本的改进情况。结果显示，各植保无人机搭载续航时间长的电池、在农田中选择长边转弯栅格形飞行、选用发挥最佳药效温度范围大的农药种类和提高单位时段平台服务量上限策略，分别可以降低40.02%、12.45%、21.17%和39.19%的植保成本。以上结果表明，引入了具体农业生产要素的混合整数规划的模型科学有效，更适用于农服平台的植保无人机任务分配调度。
[期刊] 物流技术
[作者]
张帆 王水萍
提出了一种新型数据挖掘路径规划算法,该算法通过扫描物流路径信息数据库,进行初始筛选,得到初步的路径序列,然后生成有针对性的候选过度路径序列,对候选路径序列进行优化处理,进而得到物流过程中的有用路径序列,试验表明该路径规划算法可有效减少所需扫描的物流路径信息数据库的次数,同时缩小了候选路径集合,其时间成本得到有效控制。
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