2026年IEEE TII,面向灾后工业区应急处置的无人机集群优化

目录


1.摘要

针对灾后工业区复杂危险场景,本文提出一种融合探测点分配与轨迹规划的两阶段无人机集群搜救优化方法,兼顾设备与无人机性能约束,通过启发式算法迭代生成最优探测点位,提升搜救成功率、缩短作业时长。仿真实验表明,该方法相较现有主流算法,搜救平均效率提升 90.80%。

2.搜救作业路径规划模型

本文基于灾后工业区全局地图开展无人机集群搜救轨迹规划,综合设备与飞行器性能约束,优化搜救效率、能耗与集群负载均衡。通过 A * 算法与 CVRP 模型完成初始探测点求解与分配,并采用改进启发式算法优化探测点位,同时规范定义相关三维模型与无人机位姿参数,构建完整规划体系。

采用A*算法完成探测点初始化,在无障碍可行空域构建连续路径映射曲线,生成有效初始探测节点:

L : 0 , 1 → M , L ( 0 ) = q start , L ( 1 ) = q goal , L ( h ) ∈ M free , ∀ h ∈ 0 , 1 \mathcal{L}:0,1 \to \mathcal{M},\ \mathcal{L}(0)=q_{\text{start}},\ \mathcal{L}(1)=q_{\text{goal}},\ \mathcal{L}(h) \in \mathcal{M}_{\text{free}},\forall h \in 0,1 L:0,1→M, L(0)=qstart, L(1)=qgoal, L(h)∈Mfree,∀h∈0,1

构建含障碍惩罚机制CVRP探测点分配模型,通过引入障碍碰撞惩罚函数规避跨障碍路径:

D ( r 1 , r 2 ) = D ( r 2 , r 1 ) = ∥ P ( r 1 ) − P ( r 2 ) ∥ + f pen × Pen ( r 1 , r 2 , M O S ) , ∀ r 1 , r 2 ∈ 1 , N R \mathcal{D}\left(r_{1}, r_{2}\right)=\mathcal{D}\left(r_{2}, r_{1}\right)=\left\| P^{\left(r_{1}\right)}-P^{\left(r_{2}\right)} \right\| + f_{\text{pen}} \times \text{Pen}\left(r_{1}, r_{2}, \mathcal{M}\mathcal{O}{\mathcal{S}}\right),\ \forall r{1}, r_{2} \in\left1, N_{\\mathcal{R}}\\right D(r1,r2)=D(r2,r1)= P(r1)−P(r2) +fpen×Pen(r1,r2,MOS), ∀r1,r2∈1,NR

min ⁡ D flock = ∑ n ∑ r 2 D ( r 1 , r 2 ) × ξ ( n , r 2 ) \min \mathcal{D}{\text{flock}}=\sum{n} \sum_{r_{2}} \mathcal{D}\left(r_{1}, r_{2}\right) \times \xi\left(n, r_{2}\right) minDflock=n∑r2∑D(r1,r2)×ξ(n,r2)

本文将搜救能效定义为单位能耗下幸存者探测数量,构建能效最大化与无人机飞行能耗计算模型:

maximize η sar = ∑ r ∑ j λ ( r , j ) ∑ n E n \text{maximize}\ \eta_{\text{sar}}=\frac{\sum_{r} \sum_{j} \lambda(r, j)}{\sum_{n} E_{n}} maximize ηsar=∑nEn∑r∑jλ(r,j)

E n = ∑ i ( η fly / v i ) × d i × ξ ( n , i ) , i ∈ P n ∖ P n ( end ) E_{n}=\sum_{i}\left(\eta_{\text{fly}} / v_{i}\right) \times d_{i} \times \xi(n, i),\ i \in \mathcal{P}{n} \setminus P{n}^{(\text{end})} En=i∑(ηfly/vi)×di×ξ(n,i), i∈Pn∖Pn(end)

3.提出的算法

为求解上述多约束优化模型,本文改进鲸鱼优化算法(WOA,常见改进策略,略),搭配A* 局部路径修复与B样条曲线轨迹生成策略,输出无碰撞、高精度的无人机集群最优三维搜救轨迹。

4.结果展示

5.参考文献

Liu H, Tsang Y P, Lee C K M, et al. Optimizing UAV Flocks for Emergency Response in Post-Disaster Industrial ZonesJ. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2025.

6.算法辅导·应用定制·读者交流

xx

相关推荐
tianxuanjg1 天前
工业/协作机器人连接法兰采购指南|高精度安装定位零件怎么选
经验分享·机器人·无人机·制造·材质
lin135380675732 天前
AH8679 100V低功耗无人机领域 BMS领域专用芯片
无人机
XBWRJ2 天前
无人机合规改造需求释放,《无人机装调维修师》助力老旧设备升级
无人机
YOLO数据集集合2 天前
无人机视角简易棚屋检测数据集 | 临时建筑 棚屋检测 城市监管 航拍 农用建筑大棚识别数据集 9042期
无人机·棚屋检测·临时建筑·农村大棚检测·航拍识别·城市监管
HXSYS2 天前
职业无人机战队竞技,《无人机装调维修师》强化后勤保障实力
无人机
workflower2 天前
TF-IDF 的基本思想
人工智能·机器学习·机器人·云计算·无人机
灵途科技2 天前
新技术,新突破|灵途科技即将亮相CIOE 2026
科技·无人机
XBWRJ3 天前
低空科普场馆运营,《无人机装调维修师》保障展品体验设备完好
无人机
YOLO数据集集合3 天前
无人机屋顶与地物分割数据集 | 屋顶分割 航拍识别 城市规划 材质分类 实例分割9036期
人工智能·分类·无人机·材质·中国城市建筑·建筑识别
YOLO数据集集合3 天前
无人机型号识别数据集 | 无人机型号识别 细粒度分类 低空安防 无人机机型识别 大疆无人机 低空威胁9039期
目标检测·分类·数据挖掘·无人机·无人机数据集·无人机机型识别·无人机类别