专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 撤回; |
专利有效性 | 无效专利 | 当前状态 | 撤回 |
申请号 | CN202411450716.1 | 申请日 | 2024-10-17 |
公开(公告)号 | CN118966729A | 公开(公告)日 | 2024-11-15 |
申请人 | 西安迈远科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 赵丽嘉; 王佳; 韩黎明; 霍苏薄; 崔学亮; 李汉争; 何峰; 吴哲峰; 杨帆; 吴全隆; 张春涛; 李向; 张会敏; | 第一发明人 | 赵丽嘉 |
权利人 | 西安迈远科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 西安迈远科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份:陕西省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:陕西省西安市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:陕西省西安市经济技术开发区张家堡街道海璟国际A座2502室 | 邮编 | 当前专利权人邮编:710000 |
主IPC国际分类 | G06Q10/0631 | 所有IPC国际分类 | G06Q10/0631 ; G06F17/13 ; G06N3/006 ; G06N20/00 ; G05D1/00 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京国源中科知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 王金炜; |
摘要 | 本 发明 涉及调度控制技术领域,公开了一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统及方法。该方法通过收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机 水 平投放误差模型,同时通过收集无人机多元信息数据对当前无人机 位置 进行 定位 ;进而通过设定工程施工物料投放点并计算投递成本的方式对无人机进行调度,同时无人机调度完成后,基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化 算法 对无人机最佳投放位置进行计算,并根据最佳投放位置对无人机进行调控,保证了无人机投放的准确度。 | ||
权利要求 | 1.一种基于无人机的工程施工物料投放调控方法,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及调度控制技术领域,具体为一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统及方法。 背景技术[0003] 现有中国申请专利CN108107749A,该发明通过环境模拟模块模拟仿真飞机的方式,输出飞机的模拟飞行数据、模拟状态数据和模拟环境数据;同时通过机载投放计算模块计算投放航路点序列数据,并基于计算投放航路点序列数据在模拟环境中标记;同时通过任务规划方式规划原始航路数据;最终根据所规划的原始航路数据和投放航路点序列数据整合生成完整航路数据,并执行。但由于未考虑到飞行投递时产生的位置偏差,会导致投递不准确,具有一定的局限性。 发明内容[0005] (二)技术方案为解决上述无人机定点投递精度不足的技术问题,本发明提供如下技术方案: 本实施例公开一种基于无人机的工程施工物料投放调控方法具体包括以下步骤: S1、收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型; S2、收集无人机多元信息数据,并基于收集到的无人机多元信息数据进行定位,确定无人机位置信息; S3、设定工程施工物料投放点,计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离,计算无人机投放成本,并对无人机进行调度; S4、无人机调度完成后,基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算; S5、基于计算后的无人机最佳投放位置,控制无人机到达对应位置。 [0006] 本发明通过收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型,同时通过收集无人机多元信息数据对当前无人机位置进行定位;进而通过设定工程施工物料投放点并计算投递成本的方式对无人机进行调度,同时无人机调度完成后,基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算,并根据最佳投放位置对无人机进行调控,保证了无人机投放的准确度。 [0007] 优选地,所述对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型包括以下步骤:S11、对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型; S12、基于得到的无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型计算最终无人机投放点与地面物资指定落点之间的距离; 设定最终无人机投放点与地面物资指定落点之间的距离为:垂直误差模型+水平投放误差模型。 [0008] 投放垂直误差模型:设定重力方向为正方向,投放的工程施工物料所受合力的微分方程为: ; 其中, 表示投放的工程施工物料的重量, 表示重力加速度, 表示水平距离, 表示竖直距离, 表示微分符号, 表示空气阻力系数; 设定无人机投放物资时与地面物资指定落点之间的距离为 : ; 求解投放的工程施工物料所受合力的微分方程,得到投放垂直误差模型: ; 其中, 表示任意常数,表示时间, 表示投放垂直误差模型; 投放水平误差模型: 设定无人机飞行方向为正方向,投放的工程施工物料所受合力的微分方程为: ; 求解投放的工程施工物料所受合力的微分方程,得到投放水平误差模型: ; 其中, 表示自然常数, 表示投放水平误差模型。 [0009] 本发明通过对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,计算无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型,同时基于计算的无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型计算总误差距离,提高了无人机投放的准确度。 [0010] 优选地,所述基于收集到的无人机多元信息数据进行定位,确定无人机位置信息包括以下步骤:所述无人机多元信息数据包括:GPS定位信息和超声波测量信息; S21、基于接收到的GPS定位信息计算无人机水平位置信息; S22、基于接收到的超声波测量信息计算无人机垂直高度信息。 [0011] 优选地,所述基于接收到的GPS定位信息计算无人机水平位置信息包括以下步骤:设定GPS定位信息的传播速度为光速,通过发射GPS定位信息和接收GPS定位信息之间的时差计算无人机水平位置信息公式如下所示: ; 其中, 表示无人机水平位置信息, 表示光速, 表示接收GPS定位信息时间,表示发射GPS定位信息时间。 [0012] 优选地,所述基于接收到的超声波测量信息计算无人机垂直高度信息包括以下步骤:基于无人机发射超声波测量信息和接收地面反弹的超声波测量信息之间的时差计算无人机垂直高度信息公式如下所示: ; 其中, 表示无人机垂直高度信息, 表示音速, 表示接收超声波测量信息时间, 表示发射超声波测量信息时间。 [0013] 本发明通过。 [0014] 优选地,所述设定工程施工物料投放点,计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离,计算无人机投放成本,并对无人机进行调度包括以下步骤:S31、设定工程施工物料投放点位置坐标 和当前无人机位置坐标 ,基于距离公式计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离; ; 其中, 表示工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离; S32、计算无人机投放成本,并对无人机进行调度。 [0015] 优选地,所述计算无人机投放成本,并对无人机进行调度包括以下步骤:无人机能量方程如下所示: 使用第j架无人机提供服务所需的能量=飞行的能量消耗+处理数据的能量消耗+数据反馈能量消耗; 无人机飞行时间方程如下所示: 使用第j架无人机提供服务所需时间=数据反馈时间+数据处理时间+网络延迟的时间; 设定无人机能量和无人机飞行时间来定义投放成本,如下所示: ; 其中, 表示第j架无人机的投放成本, 表示使用第j架无人机提供服务所需的能量, 表示使用第j架无人机提供服务所需时间, 表示第j架无人机的能耗权重, 表示第j架无人机的时间权重; 基于无人机投放成本的大小,选取投放成本最小的无人机进行投放。 [0016] 本发明通过设定工程施工物料投放点,并计算无人机定位和设定工程施工物料投放点之间的距离,同时基于计算的距离计算无人机投放成本,并基于计算的无人机投放成本,对无人机进行调度,提高了无人机投递的效率。 [0017] 优选地,所述基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算包括以下步骤:S41、粒子群优化算法参数初始化; 设定每个粒子表示安排一组无人机进行工程施工物料投放,设定群体规模,最大迭代次数 ,粒子随机位置 、粒子速度 以及惯性因子 ; S42、计算每个粒子的适应度; 每个粒子适应度计算公式如下: ; 其中, 表示粒子适应度, 表示无人机的投放成本; S43、单个粒子最佳位置的更新; 单个粒子速度更新公式如下: ; 其中, 表示粒子 在第 次迭代过程中的速度, 表 示粒子 在第 次迭代过程中的速度, 表示惯性因子, 表示粒子 在第 次迭代过程中的位置, 、 表示加速常数, 、 表示区间[0,1]内的随机数, 表示粒子 的个体极值, 表示全体粒子的全局极值; 单个粒子位置更新公式如下: ; 其中, 表示粒子 在第 次迭代过程中的位置; 对于计算的每个粒子,将其当前位置的适应度与其经过的最佳位置 的适应度做比较,若当前位置的适应度大于其经过的最佳位置 的适应度,则将当前位置作为当前的最佳位置 ,若当前位置的适应度小于或等于其经过的最佳位置 的适应度,则不改变当前的最佳位置 ; S44、群体最佳位置的更新; 对于计算的每个粒子,将其当前位置的适应度与其种群中粒子经过的最佳位置的适应度做比较,若当前位置的适应度大于其种群中粒子经过的最佳位置 的适应度,则将当前位置作为当前的最佳位置 ,若当前位置的适应度小于或等于其种群中粒子经过的最佳位置 的适应度,则不改变当前的最佳位置 ; S45、更新惯性因子,基于更新的惯性因子更新所有粒子的位置与速度; 惯性因子更新公式如下: ; 其中, 表示开始迭代时的惯性因子, 表示最终迭代时的惯性因子, 表示当前迭代次数, 表示最大迭代次数; S46、重复步骤S42‑S45,直至达到最大迭代次数,输出最佳位置对应的惯性因子; 设定输出的最佳位置为计算的无人机最佳投放位置。 [0018] 本发明通过根据得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算,保证了无人机投递的实时性。 [0019] 本实施例还公开一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统,包括:数据采集模块、误差模型训练模块、无人机位置定位模块、无人机调度模块以及投放位置计算模块;所述数据采集模块用于实时收集无人机的历史工程施工物料投放数据和多元信息数据; 所述误差模型训练模块用于根据收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型; 所述无人机位置定位模块用于根据收集到的多元信息数据对无人机进行定位; 所述无人机调度模块用于计算无人机投放成本并基于调度成本对无人机进行调度; 所述投放位置计算模块用于根据无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本计算投放位置。 [0020] (三)有益效果与现有技术相比,本发明提供了一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统及方法,具备以下有益效果: 1、该发明通过收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型,同时通过收集无人机多元信息数据对当前无人机位置进行定位;进而通过设定工程施工物料投放点并计算投递成本的方式对无人机进行调度,同时无人机调度完成后,基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算,并根据最佳投放位置对无人机进行调控,保证了无人机投放的准确度。 [0021] 2、该发明通过对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,计算无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型,同时基于计算的无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型计算总误差距离,提高了无人机投放的准确度。 [0022] 3、该发明通过接收到的GPS定位信息和超声波测量信息计算无人机水平位置信息和无人机垂直高度信息,并通过计算的无人机水平位置信息和无人机垂直高度信息完成对无人机的定位,保证了无人机的定位准确。 [0023] 4、该发明通过设定工程施工物料投放点,并计算无人机定位和设定工程施工物料投放点之间的距离,同时基于计算的距离计算无人机投放成本,并基于计算的无人机投放成本,对无人机进行调度,提高了无人机投递的效率。 [0025] 图1为本发明的无人机的工程施工物料投放调控流程结构示意图。 具体实施方式[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0027] 实施例1:请参阅图1,本实施例公开一种基于无人机的工程施工物料投放调控方法具体包括以下步骤:S1、收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型; 收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立训练集,并对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型包括以下步骤: S11、对训练集中的历史工程施工物料投放数据进行训练,得到无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型; 投放垂直误差模型: 设定重力方向为正方向,投放的工程施工物料所受合力的微分方程为: ; 其中, 表示投放的工程施工物料的重量, 表示重力加速度, 表示水平距离, 表示竖直距离, 表示微分符号; 设定无人机投放物资时与地面物资指定落点之间的距离为 : ; 进一步地,求解投放的工程施工物料所受合力的微分方程,得到投放垂直误差模型: ; 其中, 表示任意常数,表示时间, 表示投放垂直误差模型; 投放水平误差模型: 设定无人机飞行方向为正方向,投放的工程施工物料所受合力的微分方程为: ; 进一步地,求解投放的工程施工物料所受合力的微分方程,得到投放水平误差模型: ; 其中, 表示自然常数, 表示投放水平误差模型; S12、基于得到的无人机投放垂直误差模型以及无人机水平投放误差模型计算最终无人机投放点与地面物资指定落点之间的距离; 设定最终无人机投放点与地面物资指定落点之间的距离为:垂直误差模型+水平投放误差模型; S2、收集无人机多元信息数据,并基于收集到的无人机多元信息数据进行定位,确定无人机位置信息; 收集无人机多元信息数据,并基于收集到的无人机多元信息数据进行定位,确定无人机位置信息包括以下步骤: 所述无人机多元信息数据包括:GPS定位信息和超声波测量信息; S21、基于接收到的GPS定位信息计算无人机水平位置信息; 设定GPS定位信息的传播速度为光速,通过发射GPS定位信息和接收GPS定位信息之间的时差计算无人机水平位置信息公式如下所示: ; 其中, 表示无人机水平位置信息, 表示光速, 表示接收GPS定位信息时间,表示发射GPS定位信息时间; S22、基于接收到的超声波测量信息计算无人机垂直高度信息; 基于无人机发射超声波测量信息和接收地面反弹的超声波测量信息之间的时差计算无人机垂直高度信息公式如下所示: ; 其中, 表示无人机垂直高度信息, 表示音速, 表示接收超声波测量信息时间, 表示发射超声波测量信息时间; S3、设定工程施工物料投放点,计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离,计算无人机投放成本,并对无人机进行调度; 设定工程施工物料投放点,计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离,计算无人机投放成本,并对无人机进行调度包括以下步骤: S31、设定工程施工物料投放点位置坐标 和当前无人机位置坐标 ,基于距离公式计算设定工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离; ; 其中, 表示工程施工物料投放点位置与无人机位置之间的距离; S32、计算无人机投放成本,并对无人机进行调度; 无人机能量方程如下所示: 使用第j架无人机提供服务所需的能量=飞行的能量消耗+处理数据的能量消耗+数据反馈能量消耗; 无人机飞行时间方程如下所示: 使用第j架无人机提供服务所需时间=数据反馈时间+数据处理时间+网络延迟的时间; 设定无人机能量和无人机飞行时间来定义投放成本,如下所示: ; 其中, 表示第j架无人机的投放成本, 表示使用第j架无人机提供服务所需的能量, 表示使用第j架无人机提供服务所需时间, 表示第j架无人机的能耗权重, 表示第j架无人机的时间权重; 进一步地,基于无人机投放成本的大小,选取投放成本最小的无人机进行投放; S4、无人机调度完成后,基于得到无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本通过优化算法对无人机最佳投放位置进行计算; S41、粒子群优化算法参数初始化; 设定每个粒子表示安排一组无人机进行工程施工物料投放,设定群体规模,最大迭代次数 ,粒子随机位置 、粒子速度 以及惯性因子 ; S42、计算每个粒子的适应度; 每个粒子适应度计算公式如下: ; 其中, 表示粒子适应度, 表示无人机的投放成本; S43、单个粒子最佳位置的更新; 单个粒子速度更新公式如下: ; 其中, 表示粒子 在第 次迭代过程中的速度, 表 示粒子 在第 次迭代过程中的速度, 表示惯性因子, 表示粒子 在第 次迭代过程中的位置, 、 表示加速常数, 、 表示区间[0,1]内的随机数, 表示粒子 的个体极值, 表示全体粒子的全局极值; 单个粒子位置更新公式如下: ; 其中, 表示粒子 在第 次迭代过程中的位置; 对于计算的每个粒子,将其当前位置的适应度与其经过的最佳位置 的适应度做比较,若当前位置的适应度大于其经过的最佳位置 的适应度,则将当前位置作为当前的最佳位置 ,若当前位置的适应度小于或等于其经过的最佳位置 的适应度,则不改变当前的最佳位置 ; S44、群体最佳位置的更新; 对于计算的每个粒子,将其当前位置的适应度与其种群中粒子经过的最佳位置的适应度做比较,若当前位置的适应度大于其种群中粒子经过的最佳位置 的适应度,则将当前位置作为当前的最佳位置 ,若当前位置的适应度小于或等于其种群中粒子经过的最佳位置 的适应度,则不改变当前的最佳位置 ; S45、更新惯性因子,基于更新的惯性因子更新所有粒子的位置与速度; 惯性因子更新公式如下: ; 其中, 表示开始迭代时的惯性因子, 表示最终迭代时的惯性因子, 表示当前迭代次数, 表示最大迭代次数; S46、重复步骤S42‑S45,直至达到最大迭代次数,输出最佳位置对应的惯性因子; 设定输出的最佳位置为计算的无人机最佳投放位置; S5、基于计算后的无人机最佳投放位置,控制无人机到达对应位置; 实施例2:本实施例还公开一种基于无人机的工程施工物料投放调控系统,包括: 数据采集模块、误差模型训练模块、无人机位置定位模块、无人机调度模块以及投放位置计算模块; 所述数据采集模块用于实时收集无人机的历史工程施工物料投放数据和多元信息数据; 所述误差模型训练模块用于根据收集无人机的历史工程施工物料投放数据建立无人机投放垂直误差模型以及无人机投放水平误差模型; 所述无人机位置定位模块用于根据收集到的多元信息数据对无人机进行定位; 所述无人机调度模块用于计算无人机投放成本并基于调度成本对无人机进行调度; 所述投放位置计算模块用于根据无人机投放垂直误差模型、无人机水平投放误差模型、设定工程施工物料投放点位置以及投放成本计算投放位置。 |