一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法及裝置與流程

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)邊境地區(qū)偷渡、走私、恐怖活動(dòng)等犯罪行為日漸嚴(yán)重，犯罪形式呈現(xiàn)出多樣化、智能化、隱蔽化的趨勢(shì)，這都對(duì)邊防部隊(duì)的監(jiān)測(cè)能力和反應(yīng)速度提出了較高的要求。而且我國(guó)陸地邊境線大部分為高山大漠區(qū)域，地理位置復(fù)雜、環(huán)境惡劣，靠站崗和人工巡邏這種傳統(tǒng)的邊防監(jiān)測(cè)方式效率低、危險(xiǎn)性高、反應(yīng)速度慢，無(wú)法滿足當(dāng)前邊境形勢(shì)的需求。安裝攝像頭這種監(jiān)控方式也因其成本高、后期難以維護(hù)，無(wú)法進(jìn)行廣泛應(yīng)用。因此，隨著無(wú)人機(jī)和空中監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展，在邊防地區(qū)部署無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和巡邏的做法逐漸普及，美國(guó)、意大利等國(guó)已經(jīng)率先使用無(wú)人機(jī)協(xié)助邊境巡邏。

由于美國(guó)部分邊境線穿過(guò)無(wú)人居住和難以通行的區(qū)域，地面攝像機(jī)、傳感器等設(shè)備難以維護(hù)，非法越境和販毒活動(dòng)頻發(fā)，美國(guó)國(guó)土安全局于2003年開(kāi)始研究將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于邊境巡邏。同年，選定長(zhǎng)航時(shí)的高空無(wú)人機(jī)“捕食者b”進(jìn)行偵查巡邏。在一些難以建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施或不便到達(dá)的偏僻地區(qū)，“捕食者b”能夠幫助邊境局準(zhǔn)確分辨邊境入侵情況，大大提高監(jiān)控的反應(yīng)速度和邊境的巡邏效率。但是“捕食者b”作為大型無(wú)人機(jī)，更多的用于高空監(jiān)控，一方面其飛行路線需經(jīng)過(guò)飛行管制和調(diào)度，另一方面，在樹(shù)林等有樹(shù)葉或其他物體遮蓋的區(qū)域，高空監(jiān)控難以發(fā)現(xiàn)小規(guī)模的犯罪行為，巡邏精度較低。在小型無(wú)人機(jī)方面，美國(guó)警方分別在亞利桑那州和洛杉磯使用“skywalkersx8”和“dranganflyerx6”協(xié)助偵查，這兩種小型無(wú)人機(jī)的重量較輕、可拆卸裝入背包，其續(xù)航能力只有30分鐘左右，時(shí)間較短，主要作為邊境監(jiān)控協(xié)助工具來(lái)幫助邊境人員擴(kuò)大巡邏監(jiān)控的視線范圍。

許多歐洲國(guó)家也已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用無(wú)人機(jī)用于邊境巡邏。歐盟在2006年決定在地中海沿岸和拉芒什海峽附近的邊境線使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡邏，預(yù)防偷渡、走私、恐怖活動(dòng)等。意大利國(guó)防部也已經(jīng)從2008年開(kāi)始使用無(wú)人機(jī)，先后6架購(gòu)買(mǎi)了“收割者”mq-9無(wú)人機(jī)，用來(lái)加強(qiáng)巡邏效率和為邊防部隊(duì)提供保障。據(jù)報(bào)道，俄羅斯聯(lián)邦安全局已經(jīng)使用國(guó)產(chǎn)的“副翼”進(jìn)行空中偵查。邊防部門(mén)表示，在巡視難以到達(dá)的交通困難路段，無(wú)人駕駛航空系統(tǒng)能夠協(xié)助邊防監(jiān)控，查明偷獵活動(dòng)，并引導(dǎo)邊防值勤人員去抓捕違法者。

此外，巴西、以色列、土耳其等國(guó)家也相繼在邊防監(jiān)控上引入無(wú)人機(jī)輔助完成巡邏任務(wù)。

國(guó)內(nèi)方面，新疆邊防部隊(duì)在2013年引進(jìn)了相應(yīng)的六旋翼無(wú)人機(jī)，在山地復(fù)雜區(qū)域協(xié)助邊防執(zhí)勤，幫助官兵進(jìn)一步消除觀察盲區(qū)，加強(qiáng)邊防監(jiān)控和管理力度，確保邊防地區(qū)的安全穩(wěn)定。之后，內(nèi)蒙古省內(nèi)的邊防線也進(jìn)行了無(wú)人機(jī)的部署，用以幫助官兵更高效更安全的完成在大漠戈壁內(nèi)的巡邏和監(jiān)控。2016年11月，廣東省公安邊防總隊(duì)利用多架無(wú)人機(jī)對(duì)粵港的邊防線進(jìn)行巡邏監(jiān)控，為打擊偷渡走私等違法犯罪活動(dòng)提供技術(shù)保障。

從國(guó)外無(wú)人機(jī)在邊防巡邏的應(yīng)用來(lái)看，無(wú)人機(jī)能夠大大提高邊防部隊(duì)的邊境監(jiān)控能力、反應(yīng)速度和巡邏效率，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手段的不足，得到了越來(lái)越多國(guó)家的重視與應(yīng)用將成為邊境巡查的重要力量。從國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)邊防巡邏情況來(lái)看，還處于起步階段，在新疆、內(nèi)蒙等地進(jìn)行了一些試點(diǎn)部署應(yīng)用，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用，將成為我國(guó)邊境巡邏的重要組成力量。

確定無(wú)人機(jī)的部署基站和規(guī)劃無(wú)人機(jī)巡邏的飛行路線是應(yīng)用無(wú)人機(jī)輔助邊防巡邏時(shí)面臨的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法及裝置，以使無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑成本最小化，大大降低無(wú)人機(jī)巡邏成本。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法，所述方法包括：

根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，檢測(cè)并調(diào)整基站的無(wú)人機(jī)數(shù)量，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案；

對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整，獲得無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑鄰域調(diào)整后的新方案；

計(jì)算所述無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的新方案的總費(fèi)用；

若判定所述新方案總費(fèi)用比原方案總費(fèi)用減少，則保存新方案，并在新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步迭代，否則舍棄。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化裝置，其特征在于，所述裝置包括：

初始方案獲取單元，用于根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，檢測(cè)并調(diào)整基站的無(wú)人機(jī)數(shù)量，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案；

鄰域調(diào)整單元，用于對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整，獲得無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑鄰域調(diào)整后的新方案；

費(fèi)用計(jì)算單元，用于計(jì)算所述無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的新方案的總費(fèi)用；

迭代判斷單元，用于若判定所述新方案總費(fèi)用比原方案總費(fèi)用減少，則保存新方案，并在新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步迭代，否則舍棄。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：可以使無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑成本最小化，大大降低無(wú)人機(jī)巡邏成本，且能夠給出更優(yōu)的選址路徑規(guī)劃方案。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例鄰域調(diào)整單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例無(wú)人機(jī)邊境巡邏基站選址與飛行路徑規(guī)劃問(wèn)題的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例基站關(guān)閉示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例目標(biāo)點(diǎn)交換的示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例限定條件下的控制基站候選點(diǎn)和偵查目標(biāo)點(diǎn)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例求得的實(shí)驗(yàn)案例初始方案(a)和鄰域搜索后的優(yōu)化方案(b)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)無(wú)人機(jī)邊防巡邏中的部署基站選址和巡邏路線規(guī)劃問(wèn)題展開(kāi)研究，依托現(xiàn)有邊防部隊(duì)設(shè)施，以邊防哨所作為可供部署無(wú)人機(jī)的候選基站，以邊境重要巡邏區(qū)域?yàn)檠策墏刹炷繕?biāo)，建立無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路線集成優(yōu)化的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，基于聚類(lèi)分配與啟發(fā)式搜索設(shè)計(jì)模型的快速求解算法，為無(wú)人機(jī)在邊防巡邏鄰域的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化方法流程圖，所述方法包括：

101、根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，檢測(cè)并調(diào)整基站的無(wú)人機(jī)數(shù)量，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案；

102、對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整，獲得無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑鄰域調(diào)整后的新方案；

103、計(jì)算所述無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的新方案的總費(fèi)用；

104、若判定所述新方案總費(fèi)用比原方案總費(fèi)用減少，則保存新方案，并在新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步迭代，否則舍棄。

優(yōu)選地，所述根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，檢測(cè)并調(diào)整基站的無(wú)人機(jī)數(shù)量，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案，包括：

step1：已知偵查目標(biāo)點(diǎn)集合和基站候選點(diǎn)集合以及每個(gè)點(diǎn)的位置，根據(jù)歐式距離，將每個(gè)偵查目標(biāo)點(diǎn)分配給距離最近的基站候選點(diǎn)；

step2：計(jì)算每個(gè)基站候選點(diǎn)分配到目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量，找出分配到目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，將該基站設(shè)定為開(kāi)設(shè)狀態(tài)，并移除候選基站集合；

step3：針對(duì)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)到基站的節(jié)約矩陣；

step4：應(yīng)用節(jié)約算法構(gòu)建基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，包括以下子步驟

step4.1：根據(jù)節(jié)約矩陣，在無(wú)人機(jī)的航程約束下，按照節(jié)約里程量從大到小的順序，對(duì)目標(biāo)偵查點(diǎn)進(jìn)行依次合并；

step4.2：判斷是否達(dá)到無(wú)人機(jī)續(xù)航能力約束下的最大回路，如果達(dá)到則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step4.3；如果沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)判斷是否還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)，如果沒(méi)有，則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step5，如果還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)則轉(zhuǎn)step4.1；

step4.3：判斷基站無(wú)人機(jī)數(shù)量是否達(dá)到上限，如果達(dá)到，則將還未合并的搜索目標(biāo)點(diǎn)按照距離最近原則重新分配給未開(kāi)設(shè)的基站候選點(diǎn)，并轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有達(dá)到，則轉(zhuǎn)step4.1；

step5：檢查是否還有未偵察的目標(biāo)點(diǎn)，如果有則轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有進(jìn)入step6；

step6：檢測(cè)基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量，按無(wú)人機(jī)配置數(shù)量由少到多排序，如果無(wú)人機(jī)配置數(shù)量最少的達(dá)到基站配置數(shù)量的下限，則結(jié)束，給出初始方案；如果沒(méi)有達(dá)到，則進(jìn)行如下操作：

step6.1：如果該基站只有一個(gè)相鄰基站，并且相鄰基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量少于上限，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)分配給相鄰的基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，若不能完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.2：如果該基站有兩個(gè)相鄰的基站，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)先分配給無(wú)人機(jī)數(shù)量較少的相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的偵察，則轉(zhuǎn)step6，則將該相鄰基站的無(wú)人機(jī)配置到上限數(shù)量，并將剩余不能訪問(wèn)的目標(biāo)分配給第二個(gè)相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新計(jì)算第二個(gè)相鄰基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若第二個(gè)相鄰基站應(yīng)用配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，否則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.3：為無(wú)人機(jī)數(shù)量少于下限的基站增加1架無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)按照最近原則順序訪問(wèn)相鄰基站中無(wú)人機(jī)數(shù)量較多的一個(gè)基站分配的目標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)建該無(wú)人機(jī)的最大訪問(wèn)回路，依次為該基站增加無(wú)人機(jī)，直到達(dá)到無(wú)人機(jī)下限數(shù)量要求，然后對(duì)該相鄰基站剩余的目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，轉(zhuǎn)step6；

step7：若step6循環(huán)次數(shù)超過(guò)候選基站總數(shù)，則停止算法，給出基站選址和無(wú)人機(jī)巡邏路徑的初始方案。

優(yōu)選地，對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：關(guān)閉基站操作：關(guān)閉基站并重新分配相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)，使控制基站的無(wú)人機(jī)完全利用，以降低巡邏費(fèi)用。

優(yōu)選地，對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：交換目標(biāo)點(diǎn)操作：在同一基站的兩個(gè)無(wú)人機(jī)飛行回路內(nèi)各自隨機(jī)選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)行交換。

優(yōu)選地，對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：合并無(wú)人機(jī)路由：在滿足無(wú)人機(jī)續(xù)航能力的約束條件下，隨機(jī)選取一個(gè)基站或兩個(gè)鄰近基站的兩條無(wú)人機(jī)飛行回路進(jìn)行合并。

如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例一種無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置包括：

初始方案獲取單元21，用于根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，檢測(cè)并調(diào)整基站的無(wú)人機(jī)數(shù)量，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案；

鄰域調(diào)整單元22，用于對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整，獲得無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑鄰域調(diào)整后的新方案；

費(fèi)用計(jì)算單元23，用于計(jì)算所述無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的新方案的總費(fèi)用；

迭代判斷單元24，用于若判定所述新方案總費(fèi)用比原方案總費(fèi)用減少，則保存新方案，并在新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步迭代，否則舍棄。

優(yōu)選地，所述初始方案獲取單元21，具體用于根據(jù)無(wú)人機(jī)偵察的目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)按照cw節(jié)約搜索算法規(guī)劃無(wú)人機(jī)路徑，以無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間約束限定無(wú)人機(jī)巡邏路徑，并限定每個(gè)基站配置無(wú)人機(jī)數(shù)量的上下限，得到無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑的初始方案，包括：

step1：已知偵查目標(biāo)點(diǎn)集合和基站候選點(diǎn)集合以及每個(gè)點(diǎn)的位置，根據(jù)歐式距離，將每個(gè)偵查目標(biāo)點(diǎn)分配給距離最近的基站候選點(diǎn)；

step2：計(jì)算每個(gè)基站候選點(diǎn)分配到目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量，找出分配到目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，將該基站設(shè)定為開(kāi)設(shè)狀態(tài)，并移除候選基站集合；

step3：針對(duì)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)到基站的節(jié)約矩陣；

step4：應(yīng)用節(jié)約算法構(gòu)建基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，包括以下子步驟

step4.1：根據(jù)節(jié)約矩陣，在無(wú)人機(jī)的航程約束下，按照節(jié)約里程量從大到小的順序，對(duì)目標(biāo)偵查點(diǎn)進(jìn)行依次合并；

step4.2：判斷是否達(dá)到無(wú)人機(jī)續(xù)航能力約束下的最大回路，如果達(dá)到則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step4.3；如果沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)判斷是否還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)，如果沒(méi)有，則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step5，如果還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)則轉(zhuǎn)step4.1；

step4.3：判斷基站無(wú)人機(jī)數(shù)量是否達(dá)到上限，如果達(dá)到，則將還未合并的搜索目標(biāo)點(diǎn)按照距離最近原則重新分配給未開(kāi)設(shè)的基站候選點(diǎn)，并轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有達(dá)到，則轉(zhuǎn)step4.1；

step5：檢查是否還有未偵察的目標(biāo)點(diǎn)，如果有則轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有進(jìn)入step6；

step6：檢測(cè)基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量，按無(wú)人機(jī)配置數(shù)量由少到多排序，如果無(wú)人機(jī)配置數(shù)量最少的達(dá)到基站配置數(shù)量的下限，則結(jié)束，給出初始方案；如果沒(méi)有達(dá)到，則進(jìn)行如下操作：

step6.1：如果該基站只有一個(gè)相鄰基站，并且相鄰基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量少于上限，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)分配給相鄰的基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，若不能完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.2：如果該基站有兩個(gè)相鄰的基站，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)先分配給無(wú)人機(jī)數(shù)量較少的相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的偵察，則轉(zhuǎn)step6，則將該相鄰基站的無(wú)人機(jī)配置到上限數(shù)量，并將剩余不能訪問(wèn)的目標(biāo)分配給第二個(gè)相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新計(jì)算第二個(gè)相鄰基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若第二個(gè)相鄰基站應(yīng)用配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，否則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.3：為無(wú)人機(jī)數(shù)量少于下限的基站增加1架無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)按照最近原則順序訪問(wèn)相鄰基站中無(wú)人機(jī)數(shù)量較多的一個(gè)基站分配的目標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)建該無(wú)人機(jī)的最大訪問(wèn)回路，依次為該基站增加無(wú)人機(jī)，直到達(dá)到無(wú)人機(jī)下限數(shù)量要求，然后對(duì)該相鄰基站剩余的目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，轉(zhuǎn)step6；

step7：若step6循環(huán)次數(shù)超過(guò)候選基站總數(shù)，則停止算法，給出基站選址和無(wú)人機(jī)巡邏路徑的初始方案。

如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例鄰域調(diào)整單元結(jié)構(gòu)示意圖，優(yōu)選地，所述鄰域調(diào)整單元22包括：

第一元操作模塊221，用于對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：關(guān)閉基站操作：關(guān)閉基站并重新分配相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)，使控制基站的無(wú)人機(jī)完全利用，以降低巡邏費(fèi)用。

優(yōu)選地，所述鄰域調(diào)整單元22包括：

第二元操作模塊222，用于對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：交換目標(biāo)點(diǎn)操作：在同一基站的兩個(gè)無(wú)人機(jī)飛行回路內(nèi)各自隨機(jī)選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)行交換。

優(yōu)選地，所述鄰域調(diào)整單元22包括：

第三元操作模塊223，用于對(duì)所述初始方案進(jìn)行鄰域調(diào)整時(shí)調(diào)用如下元操作：合并無(wú)人機(jī)路由：在滿足無(wú)人機(jī)續(xù)航能力的約束條件下，隨機(jī)選取一個(gè)基站或兩個(gè)鄰近基站的兩條無(wú)人機(jī)飛行回路進(jìn)行合并。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：可以使無(wú)人機(jī)基站選址與巡邏路徑成本最小化，大大降低無(wú)人機(jī)巡邏成本，且能夠給出更優(yōu)的選址路徑規(guī)劃方案。

以下通過(guò)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行詳述：

無(wú)人機(jī)作為一種可控制、能搭載多種傳感器的無(wú)人駕駛航空飛行器。近些年，無(wú)人機(jī)受到越來(lái)越多的重視，發(fā)展迅猛，在軍事、科研、民用三大鄰域有著寬廣的使用范圍和應(yīng)用前景。

1、無(wú)人機(jī)邊防巡邏系統(tǒng)組成

根據(jù)本文中邊境巡邏的應(yīng)用背景，無(wú)人機(jī)巡邏系統(tǒng)主要由以下五大部分組成：控制基站、無(wú)人機(jī)、任務(wù)載荷、發(fā)射回收裝置、通信鏈路。

(1)控制基站

在邊境巡邏任務(wù)中，控制基站一般建立在地面。地面站系統(tǒng)中包含圖像顯示器、偵查信息分析等軟硬件系統(tǒng)，主要進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行指令的發(fā)送、無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)的監(jiān)控、實(shí)時(shí)視頻信息處理等。

一方面，控制人員在基站內(nèi)利用通信設(shè)備給無(wú)人機(jī)發(fā)送指令，控制無(wú)人機(jī)的飛行和任務(wù)載荷的運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面，通過(guò)通信鏈路，控制人員也能獲得無(wú)人機(jī)傳回的信息和圖像，包括無(wú)人機(jī)的地理位置、飛行高度、航速、電源電壓、以及無(wú)人機(jī)傳回的實(shí)時(shí)圖像等。

除此之外，控制基站一般還集成有與外界聯(lián)系的通信系統(tǒng)，主要用來(lái)請(qǐng)示上級(jí)、接收上級(jí)下達(dá)的任務(wù)、以及獲取天氣等外界信息。

(2)無(wú)人機(jī)

在無(wú)人機(jī)巡邏過(guò)程中，無(wú)人機(jī)的主要任務(wù)是承載相應(yīng)的任務(wù)載荷，從基站起飛按照指令，在邊境線附近完成巡邏任務(wù)后返回基站。

首先，無(wú)人機(jī)機(jī)體需要有足夠的載重能力，能夠搭載各種任務(wù)載荷，包括電池、攝像頭等傳感器。其次，無(wú)人機(jī)的飛行高度也有相應(yīng)的限制。中國(guó)陸地邊境線22000多公里中有部分為高山區(qū)域，且有樹(shù)林覆蓋，故無(wú)人機(jī)有時(shí)需要跨越山丘樹(shù)林等障礙物，這就要求無(wú)人機(jī)最大飛行高度不低于3000米，能夠在中高空進(jìn)行一段時(shí)間的飛行任務(wù)。但是如果無(wú)人機(jī)飛行高度過(guò)高，則通過(guò)無(wú)人機(jī)傳輸?shù)漠?huà)面難以發(fā)現(xiàn)山區(qū)或樹(shù)林中的違法行為，導(dǎo)致辨識(shí)精度大大降低，因此要求無(wú)人機(jī)能夠在低空，甚至在發(fā)現(xiàn)異常需要深入勘察時(shí)超低空飛行。第三，邊境巡邏也對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行速度和續(xù)航時(shí)間提出了要求。一方面我國(guó)邊境線較長(zhǎng)、巡邏任務(wù)較復(fù)雜，只有當(dāng)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間不低于1小時(shí)，巡航速度不低于每小時(shí)50公里時(shí)，才能合理安排基站位置和無(wú)人機(jī)數(shù)量，降低基站建設(shè)和無(wú)人機(jī)使用帶來(lái)的費(fèi)用。另一方面，巡邏任務(wù)中可能出現(xiàn)不明的異常情況，需要進(jìn)一步檢測(cè)，這就要求無(wú)人機(jī)能夠降低速度緩速飛行甚至具有懸停能力。

(3)任務(wù)載荷

任務(wù)載荷的類(lèi)型和性能是根據(jù)所完成的任務(wù)來(lái)決定的。

無(wú)人機(jī)首先需要搭載一定容量的能量單元，如電池或燃油，并且能量單元的容量也有一定限制。容量過(guò)低則不足以支撐無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的飛行巡邏，容量過(guò)高則能量過(guò)重?zé)o人機(jī)無(wú)法承載。其次，無(wú)人機(jī)需要承載包括攝像機(jī)在內(nèi)的簡(jiǎn)易視頻成像系統(tǒng)，基站內(nèi)的控制人員可以通過(guò)調(diào)整攝像機(jī)的方向、焦距等，獲取清晰準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)圖像信息。此外，無(wú)人機(jī)還需承載導(dǎo)航系統(tǒng)，利用衛(wèi)星進(jìn)行定位，也可搭載異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)，這樣控制人員可以通過(guò)基站內(nèi)的雷達(dá)顯示器，獲取無(wú)人機(jī)的方位和距離。

(4)發(fā)射回收裝置

對(duì)于巡邏任務(wù)過(guò)程中使用的小型無(wú)人機(jī)，如果采用可以垂直起飛的多旋翼無(wú)人機(jī)，則無(wú)需發(fā)射裝置。但對(duì)于無(wú)法垂直起飛的無(wú)人機(jī)，一般可采用人工投擲的方式，或者是利用傾斜滑道通過(guò)推力發(fā)射無(wú)人機(jī)，也就是簡(jiǎn)易的發(fā)射裝置。

由于無(wú)人機(jī)成本較高，巡邏任務(wù)中的無(wú)人機(jī)需要在回收裝置的保護(hù)下安全返回基站。主要采用回收傘的形式，當(dāng)無(wú)人機(jī)完成任務(wù)、返回至基站附近時(shí)，控制人員通過(guò)發(fā)送指令使得發(fā)動(dòng)機(jī)慢車(chē)，無(wú)人機(jī)減速、降高。一定時(shí)間后，無(wú)人機(jī)降到合適高度和速度，同樣通過(guò)發(fā)送指令使得發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)，回收傘打開(kāi)，并在合適高度時(shí)打開(kāi)回收傘，使得無(wú)人機(jī)在傘下慢慢著陸，降低著陸時(shí)機(jī)體和任務(wù)設(shè)備的損傷。

(5)通信鏈路

通信鏈路是控制站和無(wú)人機(jī)之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交換的通道，有上行通信鏈路和下行通信鏈路之分。

上行通信鏈路指從控制基站到無(wú)人機(jī)的通信鏈路，主要傳送的有：無(wú)人機(jī)的飛行控制指令，任務(wù)載荷的運(yùn)行指令，相關(guān)的位置更新信息等。

下行通信鏈路指從無(wú)人機(jī)傳送信息回控制基站，傳送的信息包括無(wú)人機(jī)的位置信息，任務(wù)載荷獲取的相關(guān)圖像和數(shù)據(jù)，以及無(wú)人機(jī)上監(jiān)測(cè)的飛行參數(shù)和狀態(tài)信息，比如電量、飛行速度、飛行高度等。

2、基站選址與巡邏路徑優(yōu)化的模型構(gòu)建

下面對(duì)無(wú)人機(jī)的基站選址和巡邏路徑協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題中的相關(guān)因素進(jìn)行數(shù)學(xué)定義，構(gòu)建了基站選址與巡邏路經(jīng)規(guī)劃的0-1整數(shù)規(guī)劃模型。

如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例無(wú)人機(jī)邊境巡邏基站選址與飛行路徑規(guī)劃問(wèn)題的示意圖。已知一系列基站候選點(diǎn)和偵查目標(biāo)點(diǎn)的情況下，以最小化巡邏成本和基站建立成本等總體費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，考慮到無(wú)人機(jī)續(xù)航能力及控制基站中無(wú)人機(jī)數(shù)量等約束，構(gòu)建模型如圖4所示。

2.1基站選址與巡邏路徑優(yōu)化問(wèn)題描述

在基站選址和巡邏路徑優(yōu)化問(wèn)題中，問(wèn)題因素主要有候選基站、偵查目標(biāo)、無(wú)人機(jī)。本節(jié)主要對(duì)三個(gè)因素進(jìn)行定義和約束分析，并明確模型的優(yōu)化目標(biāo)。

2.1.1候選基站

在無(wú)人機(jī)邊境巡邏任務(wù)中，首先需要建立一系列相應(yīng)的基站并裝備相應(yīng)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。一般情況下，無(wú)人機(jī)基站可以建立在邊防哨所，便于利用連隊(duì)的現(xiàn)有設(shè)施來(lái)降低基站的建設(shè)成本，也可以建立在無(wú)人機(jī)巡邏的邊境線附近，更有利于無(wú)人機(jī)的飛行調(diào)度。這些邊防哨所或候選地點(diǎn)構(gòu)成候選基站集合m＝{1,2,…,m}。當(dāng)候選基站確定建設(shè)為無(wú)人機(jī)基站時(shí)，一般需要建立通信站、起飛回收裝置等相應(yīng)的配套設(shè)施，還需要配置無(wú)人機(jī)指控、飛行監(jiān)測(cè)、偵察信息分析等軟硬件系統(tǒng)，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)建設(shè)基站的固定成本ci(i∈m)。同樣出于經(jīng)濟(jì)成本和軍事編制的考慮，在一個(gè)基站內(nèi)，無(wú)人機(jī)數(shù)量也有相應(yīng)的限制。無(wú)人機(jī)數(shù)量過(guò)少時(shí)經(jīng)濟(jì)上則不能夠充分利用固定基站的價(jià)值，編制上也不合理；同樣受軍事編制和固定設(shè)施容量限制，配備的無(wú)人機(jī)也不能超過(guò)一定數(shù)量?；九渲脽o(wú)人機(jī)數(shù)量的下限記為a^l，上限記為a^u。

2.1.2偵查目標(biāo)

偵察目標(biāo)是指分布在邊境線上的一個(gè)小的區(qū)域或一段道路，在該區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生走私、偷渡等違法行為，需要對(duì)其進(jìn)行頻繁巡邏偵察。將這些目標(biāo)區(qū)域或線段抽象為一系列偵察目標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)成偵察目標(biāo)集合，記為n＝{1,2,l,n}。無(wú)人機(jī)在每一個(gè)偵察目標(biāo)i(i∈n)都需要盤(pán)旋一定時(shí)間以完成對(duì)該目標(biāo)區(qū)域的偵察任務(wù)，記為目標(biāo)i的服務(wù)時(shí)間si。任意兩個(gè)偵察目標(biāo)(或偵察目標(biāo)與基站)i,j(i,j∈mun)之間飛行距離已知，記為dij。

2.1.3無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)作為用于邊防巡邏的一種新興高科技手段，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)邊境的巡邏和偵察，節(jié)省了人力資源的同時(shí)也大大提高了巡邏效率。由所有基站內(nèi)的無(wú)人機(jī)構(gòu)成無(wú)人機(jī)集合，記為v＝{1,2,l,v}。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)在使用前后均需要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使用無(wú)人機(jī)的固定成本fk(k∈v)。假設(shè)無(wú)人機(jī)在巡邏過(guò)程中始終勻速飛行，又任意兩偵察目標(biāo)(或偵察目標(biāo)與基站)i,j(i,j∈mun)之間飛行距離已知，可以得到任意兩點(diǎn)之間的飛行時(shí)間，記為tij。而無(wú)人機(jī)在巡邏任務(wù)中會(huì)受到續(xù)航能力的限制，即無(wú)人機(jī)訪問(wèn)多個(gè)目標(biāo)的飛行時(shí)間與服務(wù)時(shí)間的總和不能超過(guò)其最大續(xù)航時(shí)間，記為d。

2.1.4優(yōu)化目標(biāo)

1)最小化基站建設(shè)的總體成本；

2)用盡可能少的無(wú)人機(jī)完成所有偵察目標(biāo)的巡邏；

3)無(wú)人機(jī)對(duì)所有偵察目標(biāo)完成一次巡邏的總體成本最小。

通過(guò)對(duì)三個(gè)方面的目標(biāo)相加，確定總體優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)優(yōu)化基站的選址、每個(gè)基站無(wú)人機(jī)的配置數(shù)量以及每架無(wú)人機(jī)的飛行路線等方面的決策，來(lái)優(yōu)化總體目標(biāo)。

2.2問(wèn)題模型構(gòu)建

通過(guò)3.1中的問(wèn)題描述，對(duì)建模過(guò)程中用到的參數(shù)和決策變量總結(jié)如下：

數(shù)學(xué)模型：

使得：

目標(biāo)函數(shù)(2.1)最小化基站建設(shè)、無(wú)人機(jī)固定使用與飛行等的總體成本。約束(2.2)確保所有基站和目標(biāo)點(diǎn)的出入度相等，表示若無(wú)人機(jī)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)飛入(飛出)，則必須從該節(jié)點(diǎn)飛出(飛入)。約束(2.3)表示每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)必須被訪問(wèn)且只能被訪問(wèn)1次，即必須且只能分配到一架無(wú)人機(jī)的飛行回路中。約束(2.4)表示每架無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間和服務(wù)時(shí)間不得超過(guò)其續(xù)航能力。約束(2.5)表示每架無(wú)人機(jī)在一次規(guī)劃中最多被調(diào)用1次。約束(2.6)表示無(wú)人機(jī)只能從建設(shè)基站出發(fā)，并且每個(gè)建設(shè)基站配置的無(wú)人機(jī)數(shù)不能超過(guò)其上限。約束(2.7)表示當(dāng)在候選基站位置建設(shè)基站時(shí)，配置的無(wú)人機(jī)數(shù)量不能少于其下限。約束(2.8)表示每架無(wú)人機(jī)必須返回至原來(lái)出發(fā)的基站。約束(2.9)確保每架無(wú)人機(jī)的飛行路線中不能存在子回路。約束(2.10)-(2.12)為變量取值范圍約束。

3、基于目標(biāo)聚類(lèi)與cw節(jié)約搜索的啟發(fā)式算法：

3.1.1初始方案生成

clarke和wright于1964年提出節(jié)約算法,該算法雖然為解決車(chē)輛路徑問(wèn)題提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易行的途徑，但并沒(méi)有考慮選址問(wèn)題，也沒(méi)有考慮車(chē)輛的數(shù)量限制問(wèn)題。

基于目標(biāo)聚類(lèi)與cw節(jié)約搜索的啟發(fā)式算法在尋找初始方案的過(guò)程中，首先根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)和基站的歐式距離(euclideanmetric，歐幾里得度量，也稱(chēng)歐氏距離，是一個(gè)通常采用的距離定義，指在m維空間中兩個(gè)點(diǎn)之間的真實(shí)距離)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，而后對(duì)每個(gè)類(lèi)借鑒cw節(jié)約搜索算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，從而尋得初始方案。

初始方案生成的大致思路闡述如下：

step1：已知偵查目標(biāo)點(diǎn)集合和基站候選點(diǎn)集合以及每個(gè)點(diǎn)的位置，根據(jù)歐式距離，將每個(gè)偵查目標(biāo)點(diǎn)分配給距離最近的基站候選點(diǎn)；

step2：計(jì)算每個(gè)基站候選點(diǎn)分配到目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量，找出分配到目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，將該基站設(shè)定為開(kāi)設(shè)狀態(tài)，并移除候選基站集合；

step3：針對(duì)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量最多的基站，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)到基站的節(jié)約矩陣；

step4：應(yīng)用節(jié)約算法構(gòu)建基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，包括以下子步驟

step4.1：根據(jù)節(jié)約矩陣，在無(wú)人機(jī)的航程約束下，按照節(jié)約里程量從大到小的順序，對(duì)目標(biāo)偵查點(diǎn)進(jìn)行依次合并；

step4.2：判斷是否達(dá)到無(wú)人機(jī)續(xù)航能力約束下的最大回路，如果達(dá)到則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step4.3；如果沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)判斷是否還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)，如果沒(méi)有，則為該基站增加一架無(wú)人機(jī)，轉(zhuǎn)step5，如果還有未合并的目標(biāo)點(diǎn)則轉(zhuǎn)step4.1；

step4.3：判斷基站無(wú)人機(jī)數(shù)量是否達(dá)到上限，如果達(dá)到，則將還未合并的搜索目標(biāo)點(diǎn)按照距離最近原則重新分配給未開(kāi)設(shè)的基站候選點(diǎn)，并轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有達(dá)到，則轉(zhuǎn)step4.1；

step5：檢查是否還有未偵察的目標(biāo)點(diǎn)，如果有則轉(zhuǎn)step2，如果沒(méi)有進(jìn)入step6；

step6：檢測(cè)基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量，按無(wú)人機(jī)配置數(shù)量由少到多排序，如果無(wú)人機(jī)配置數(shù)量最少的達(dá)到基站配置數(shù)量的下限，則結(jié)束，給出初始方案；如果沒(méi)有達(dá)到，則進(jìn)行如下操作：

step6.1：如果該基站只有一個(gè)相鄰基站，并且相鄰基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量少于上限，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)分配給相鄰的基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，若不能完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.2：如果該基站有兩個(gè)相鄰的基站，則關(guān)閉該基站，將其目標(biāo)先分配給無(wú)人機(jī)數(shù)量較少的相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若應(yīng)用基站配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的偵察，則轉(zhuǎn)step6，則將該相鄰基站的無(wú)人機(jī)配置到上限數(shù)量，并將剩余不能訪問(wèn)的目標(biāo)分配給第二個(gè)相鄰基站，應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新計(jì)算第二個(gè)相鄰基站的無(wú)人機(jī)巡邏路徑，若第二個(gè)相鄰基站應(yīng)用配置上限數(shù)量的無(wú)人機(jī)能夠完成所有目標(biāo)的巡邏，則轉(zhuǎn)step6，否則轉(zhuǎn)step6.3；

step6.3：為無(wú)人機(jī)數(shù)量少于下限的基站增加1架無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)按照最近原則順序訪問(wèn)相鄰基站中無(wú)人機(jī)數(shù)量較多的一個(gè)基站分配的目標(biāo)點(diǎn)，構(gòu)建該無(wú)人機(jī)的最大訪問(wèn)回路，依次為該基站增加無(wú)人機(jī)，直到達(dá)到無(wú)人機(jī)下限數(shù)量要求，然后對(duì)該相鄰基站剩余的目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)用step4的節(jié)約算法重新構(gòu)建無(wú)人機(jī)巡邏路徑，轉(zhuǎn)step6；

step7：若step6循環(huán)次數(shù)超過(guò)候選基站總數(shù)，則停止算法，給出基站選址和無(wú)人機(jī)巡邏路徑的初始方案。

3.1.2鄰域搜索

在得到初始方案之后，需要對(duì)初始方案進(jìn)行相應(yīng)的鄰域調(diào)整，主要有三個(gè)元操作nk(k＝1,2,3)：

1)關(guān)閉基站操作。

在初始方案的規(guī)劃過(guò)程中，存在控制基站的無(wú)人機(jī)未完全利用的情況，所以，關(guān)閉基站并重新分配相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)，能夠在一定概率上降低巡邏費(fèi)用。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例基站關(guān)閉示意圖。候選基站a配置了2架無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡邏，而臨近的候選基站b也配置了2架無(wú)人機(jī)，基站無(wú)人機(jī)配置數(shù)量的上限是4架，此時(shí)關(guān)閉候選基站a，并為候選基站b增加2架無(wú)人機(jī)，對(duì)原屬于基站a的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行巡邏。

2)交換目標(biāo)點(diǎn)操作。

這一元操作，指在同一基站的兩個(gè)無(wú)人機(jī)飛行回路內(nèi)各自隨機(jī)選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)行交換。如圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例無(wú)人機(jī)路由內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)交換的示意圖。

3)合并無(wú)人機(jī)路由。

在滿足無(wú)人機(jī)續(xù)航能力的約束條件下，隨機(jī)選取一個(gè)基站或兩個(gè)鄰近基站的兩條無(wú)人機(jī)路徑進(jìn)行合并。

每次迭代中，隨機(jī)調(diào)用這三個(gè)元操作中的任意一個(gè)，并計(jì)算新規(guī)劃方案的總體費(fèi)用，若費(fèi)用減少，則保存新方案，并在新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步迭代，否則舍棄。

4、應(yīng)用示例

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到邊境巡邏這一背景的特殊性，由于是對(duì)一段邊境線進(jìn)行巡邏，所以偵查區(qū)域設(shè)定為一個(gè)不規(guī)則的帶狀區(qū)域。圖7給出了一個(gè)包含5個(gè)基站和20個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)施例，基站與目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)位置如表4-1所示。圖7中的虛線并不表示邊境線，是在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中為分開(kāi)候選基站和目標(biāo)點(diǎn)而設(shè)置的一條分界線。本示例中無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間設(shè)定為3小時(shí)，巡邏飛行速度設(shè)定為70公里每小時(shí)。每個(gè)基站配屬無(wú)人機(jī)的數(shù)量限定為最少2架，最多4架。每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的偵察服務(wù)時(shí)間設(shè)定為0.2小時(shí)。

表4-1候選基站與目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)

如圖8所示，為本發(fā)明實(shí)施例求得的實(shí)驗(yàn)案例初始方案(a)和鄰域搜索后的優(yōu)化方案(b)示意圖?？梢钥闯?，節(jié)約搜索算法找到的初始方案中最大可能的利用了無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力。經(jīng)過(guò)鄰域搜索算法的調(diào)整，圖(b)對(duì)部分基站進(jìn)行了合并，關(guān)閉了基站3，降低了基站建設(shè)費(fèi)用。

如表4-2所示，巡邏成本由原來(lái)的312199降低至251886，即巡邏成本同比下降19％，驗(yàn)證了算法的可行性。

表4-2求得的實(shí)驗(yàn)案例初始方案和鄰域搜索后的優(yōu)化方案詳細(xì)對(duì)比

通過(guò)測(cè)試可知，本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案能完成邊境巡邏背景下的基站選址和無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃問(wèn)題，能夠給出更優(yōu)的選址路徑規(guī)劃方案。并且，在測(cè)試中，也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)鄰域搜索的調(diào)整，能夠顯著優(yōu)化初始方案，大大降低巡邏成本。

應(yīng)該明白，公開(kāi)的過(guò)程中的步驟的特定順序或?qū)哟问鞘纠苑椒ǖ膶?shí)例。基于設(shè)計(jì)偏好，應(yīng)該理解，過(guò)程中的步驟的特定順序或?qū)哟慰梢栽诓幻撾x本公開(kāi)的保護(hù)范圍的情況下得到重新安排。所附的方法權(quán)利要求以示例性的順序給出了各種步驟的要素，并且不是要限于所述的特定順序或?qū)哟巍?/p>

在上述的詳細(xì)描述中，各種特征一起組合在單個(gè)的實(shí)施方案中，以簡(jiǎn)化本公開(kāi)。不應(yīng)該將這種公開(kāi)方法解釋為反映了這樣的意圖，即，所要求保護(hù)的主題的實(shí)施方案需要比清楚地在每個(gè)權(quán)利要求中所陳述的特征更多的特征。相反，如所附的權(quán)利要求書(shū)所反映的那樣，本發(fā)明處于比所公開(kāi)的單個(gè)實(shí)施方案的全部特征少的狀態(tài)。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)特此清楚地被并入詳細(xì)描述中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求獨(dú)自作為本發(fā)明單獨(dú)的優(yōu)選實(shí)施方案。

為使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或者使用本發(fā)明，上面對(duì)所公開(kāi)實(shí)施例進(jìn)行了描述。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)；這些實(shí)施例的各種修改方式都是顯而易見(jiàn)的，并且本文定義的一般原理也可以在不脫離本公開(kāi)的精神和保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上適用于其它實(shí)施例。因此，本公開(kāi)并不限于本文給出的實(shí)施例，而是與本申請(qǐng)公開(kāi)的原理和新穎性特征的最廣范圍相一致。

上文的描述包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的舉例。當(dāng)然，為了描述上述實(shí)施例而描述部件或方法的所有可能的結(jié)合是不可能的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，各個(gè)實(shí)施例可以做進(jìn)一步的組合和排列。因此，本文中描述的實(shí)施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍內(nèi)的所有這樣的改變、修改和變型。此外，就說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包含”，該詞的涵蓋方式類(lèi)似于術(shù)語(yǔ)“包括”，就如同“包括，”在權(quán)利要求中用作銜接詞所解釋的那樣。此外，使用在權(quán)利要求書(shū)的說(shuō)明書(shū)中的任何一個(gè)術(shù)語(yǔ)“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以了解到本發(fā)明實(shí)施例列出的各種說(shuō)明性邏輯塊(illustrativelogicalblock)，單元，和步驟可以通過(guò)電子硬件、電腦軟件，或兩者的結(jié)合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。為清楚展示硬件和軟件的可替換性(interchangeability)，上述的各種說(shuō)明性部件(illustrativecomponents)，單元和步驟已經(jīng)通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過(guò)硬件還是軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)取決于特定的應(yīng)用和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)于每種特定的應(yīng)用，可以使用各種方法實(shí)現(xiàn)所述的功能，但這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)被理解為超出本發(fā)明實(shí)施例保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例中所描述的各種說(shuō)明性的邏輯塊，或單元都可以通過(guò)通用處理器，數(shù)字信號(hào)處理器，專(zhuān)用集成電路(asic)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列或其它可編程邏輯裝置，離散門(mén)或晶體管邏輯，離散硬件部件，或上述任何組合的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)或操作所描述的功能。通用處理器可以為微處理器，可選地，該通用處理器也可以為任何傳統(tǒng)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器也可以通過(guò)計(jì)算裝置的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如數(shù)字信號(hào)處理器和微處理器，多個(gè)微處理器，一個(gè)或多個(gè)微處理器聯(lián)合一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器核，或任何其它類(lèi)似的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施例中所描述的方法或算法的步驟可以直接嵌入硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊、或者這兩者的結(jié)合。軟件模塊可以存儲(chǔ)于ram存儲(chǔ)器、閃存、rom存儲(chǔ)器、eprom存儲(chǔ)器、eeprom存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、cd-rom或本領(lǐng)域中其它任意形式的存儲(chǔ)媒介中。示例性地，存儲(chǔ)媒介可以與處理器連接，以使得處理器可以從存儲(chǔ)媒介中讀取信息，并可以向存儲(chǔ)媒介存寫(xiě)信息。可選地，存儲(chǔ)媒介還可以集成到處理器中。處理器和存儲(chǔ)媒介可以設(shè)置于asic中，asic可以設(shè)置于用戶(hù)終端中?？蛇x地，處理器和存儲(chǔ)媒介也可以設(shè)置于用戶(hù)終端中的不同的部件中。

在一個(gè)或多個(gè)示例性的設(shè)計(jì)中，本發(fā)明實(shí)施例所描述的上述功能可以在硬件、軟件、固件或這三者的任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果在軟件中實(shí)現(xiàn)，這些功能可以存儲(chǔ)與電腦可讀的媒介上，或以一個(gè)或多個(gè)指令或代碼形式傳輸于電腦可讀的媒介上。電腦可讀媒介包括電腦存儲(chǔ)媒介和便于使得讓電腦程序從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到其它地方的通信媒介。存儲(chǔ)媒介可以是任何通用或特殊電腦可以接入訪問(wèn)的可用媒體。例如，這樣的電腦可讀媒體可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盤(pán)存儲(chǔ)、磁盤(pán)存儲(chǔ)或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或其它任何可以用于承載或存儲(chǔ)以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和其它可被通用或特殊電腦、或通用或特殊處理器讀取形式的程序代碼的媒介。此外，任何連接都可以被適當(dāng)?shù)囟x為電腦可讀媒介，例如，如果軟件是從一個(gè)網(wǎng)站站點(diǎn)、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程資源通過(guò)一個(gè)同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字用戶(hù)線(dsl)或以例如紅外、無(wú)線和微波等無(wú)線方式傳輸?shù)囊脖话谒x的電腦可讀媒介中。所述的碟片(disk)和磁盤(pán)(disc)包括壓縮磁盤(pán)、鐳射盤(pán)、光盤(pán)、dvd、軟盤(pán)和藍(lán)光光盤(pán)，磁盤(pán)通常以磁性復(fù)制數(shù)據(jù)，而碟片通常以激光進(jìn)行光學(xué)復(fù)制數(shù)據(jù)。上述的組合也可以包含在電腦可讀媒介中。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。