本發(fā)明屬于無人機，尤其涉及一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)消防中，主要依賴消防員進行人工滅火，然而存在安全風險高、勞動強度大、部署難度大等問題。近年來，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，無人機消防應用逐漸增多。然而，消防火場環(huán)境復雜，可能包含多個火源、不同燃燒物和不斷變化的環(huán)境條件，這需要動態(tài)、合理地分配有限的無人機資源，以最大化消防滅火效率。目前的研究和專利較少，傳統(tǒng)方法中的大部分資源分配方案缺乏有效的分布式計算方法，無法充分利用無人機集群的協(xié)同作用和并行計算能力，導致滅火效率和響應速度不高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，解決了采用半分布式的滅火劑資源分配計算的方式，合理分配滅火無人機的滅火劑資源的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，包括如下步驟：

4、步驟1：中央控制系統(tǒng)啟動，建立滅火無人機機群與中央控制系統(tǒng)之間的無線網(wǎng)絡(luò)鏈接；

5、步驟2：滅火無人機執(zhí)行巡邏任務，按照預定路線巡邏，以10hz頻率周期性的監(jiān)測火災情況，通過彩色視覺相機和紅外視覺相機拍攝現(xiàn)場圖片，對現(xiàn)場圖片進行著火點識別，并計算著火點的位置和等級；

6、步驟3：滅火無人機對著火點進行編號，將著火點的位置、等級和編號發(fā)送給中央控制系統(tǒng)；

7、中央控制系統(tǒng)與滅火無人機配合進行半分布式的滅火劑資源分配計算，中央控制系統(tǒng)收集所有滅火無人機的計算結(jié)果，根據(jù)計算結(jié)果制定滅火任務，并將滅火任務發(fā)送給滅火無人機；

8、半分布式的滅火劑資源分配計算具體包括：

9、中央控制系統(tǒng)命令無人機機群求解資源分配問題；

10、無人機執(zhí)行資源分配計算，并對計算結(jié)果進行迭代，得到每個著火點的滅火劑用量，將每個著火點的滅火劑用量上傳給中央控制系統(tǒng)；

11、中央控制系統(tǒng)匯總每個著火點的滅火劑用量，并根據(jù)滅火劑用量更新拉格朗日乘子，生成更新結(jié)果；

12、中央控制系統(tǒng)將更新結(jié)果發(fā)送給所有執(zhí)行監(jiān)測任務的滅火無人機，使其參與滅火無人機的下一次迭代計算；

13、步驟4：無人機根據(jù)滅火任務，攜帶指定重量的滅火劑前往指定著火點執(zhí)行滅火任務。

14、優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟步驟3時，具體包括如下步驟：

15、步驟3-1：中央控制系統(tǒng)命令所有執(zhí)行監(jiān)測任務的無人機集群nuav進行資源分配問題求解；

16、步驟3-2：無人機集群nuav中的任意一臺無人機n執(zhí)行下述工作：

17、步驟3-2-1：針對著火點in∈iuav，n，計算第k+1次迭代的滅火劑用量xi，計算方程如下：

18、

19、其中，拉格朗日函數(shù)，λ為拉格朗日乘子，in為著火點的編號，k為迭代次數(shù)，為滅火劑用量xi的迭代計算結(jié)果；

20、步驟3-2-2：針對觀察到的所有著火點iuav，n，均進行步驟3-2-1的計算，并獲得計算結(jié)果，計算結(jié)果如下：

21、iniuav，n；

22、步驟3-3：所有無人機均按照步驟3-2的方法完成計算，并將各自的計算結(jié)果均上傳給中央控制系統(tǒng)；

23、步驟3-4：中央控制系統(tǒng)匯總每個著火點的滅火劑用量，并根據(jù)滅火劑用量更新拉格朗日乘子，具體公式如下：

24、

25、其中，λk+1表示拉格朗日乘子在第k+1次迭代計算的結(jié)果，a是常數(shù)，典型數(shù)值為0.001，ifire為著火點組成的集合，d為儲備滅火劑的總重量；

26、步驟3-5：中央控制系統(tǒng)將λk+1發(fā)送給所有執(zhí)行監(jiān)測任務的無人機機群nuav，使λk+1參與滅火無人機的下一次迭代計算。

27、優(yōu)選的，所述滅火無人機為多旋翼無人機，攜帶彩色視覺相機、紅外視覺相機、滅火劑攜帶模塊和滅火劑投放模塊。

28、優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡(luò)用于保障無人機機群與中央控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，由交換機、天線和接入點組建。

29、優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)包括中央服務器。

30、本發(fā)明所述的一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，解決了采用半分布式的滅火劑資源分配計算的方式，合理分配滅火無人機的滅火劑資源的技術(shù)問題，本發(fā)明通過半分布式的資源分配方法，可以動態(tài)調(diào)整每個火災點的滅火劑用量，從而最大化滅火效率，避免了傳統(tǒng)人工滅火中資源的浪費和不足，無人機集群配備了彩色和紅外視覺相機，能夠?qū)崟r監(jiān)測火災點的位置和等級，使得滅火任務能夠快速響應和執(zhí)行，采用的迭代計算和動態(tài)資源分配使得系統(tǒng)具有一定的靈活性和適應性，能夠應對復雜多變的火場環(huán)境和任務需求，降低中央控制系統(tǒng)的計算復雜度，提升計算速度，減少無人機與中央控制系統(tǒng)的通信帶寬要求，降低通信延遲、提升網(wǎng)絡(luò)通信可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，其特征在于：在執(zhí)行步驟步驟3時，具體包括如下步驟：

3.如權(quán)利要求1所述的一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，其特征在于：所述滅火無人機為多旋翼無人機，攜帶彩色視覺相機、紅外視覺相機、滅火劑攜帶模塊和滅火劑投放模塊。

4.如權(quán)利要求1所述的一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，其特征在于：所述無線網(wǎng)絡(luò)用于保障無人機機群與中央控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，由交換機、天線和接入點組建。

5.如權(quán)利要求1所述的一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，其特征在于：所述中央控制系統(tǒng)包括中央服務器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無人機機群的分布式滅火劑資源分配方法，屬于無人機技術(shù)領(lǐng)域，包括建立滅火無人機機群與中央控制系統(tǒng)之間的無線網(wǎng)絡(luò)鏈接，進行半分布式資源分配計算和任務指派，解決了采用半分布式的滅火劑資源分配計算的方式，合理分配滅火無人機的滅火劑資源的技術(shù)問題，本發(fā)明可以動態(tài)調(diào)整每個火災點的滅火劑用量，從而最大化滅火效率，避免了傳統(tǒng)人工滅火中資源的浪費和不足，能夠?qū)崟r監(jiān)測火災點的位置和等級，使得滅火任務能夠快速響應和執(zhí)行，具有一定的靈活性和適應性，降低中央控制系統(tǒng)的計算復雜度，提升計算速度，減少無人機與中央控制系統(tǒng)的通信帶寬要求，降低通信延遲、提升網(wǎng)絡(luò)通信可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：康慧倫,麻宏強,謝肇陽,曾月,王蘊楠,鄧明星
受保護的技術(shù)使用者：華東交通大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17