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
An独行者15 小时前
双分支双向 Mamba 网络|面向无人机高光谱树种精细分类
无人机
GIS数据转换器17 小时前
村镇无人机物流配送与跨域监测一体化平台
大数据·运维·人工智能·科技·无人机
ι:1 天前
MATLAB 与 Python 搭建无人机地面站:优势、劣势与选型逻辑
python·matlab·无人机
应用市场2 天前
无人机视觉自主吊装:可行性分析与实现方案
无人机
fl1768312 天前
无人机视角低空拍摄的土豆马铃薯幼苗与杂草检测数据集VOC+YOLO格式5266张6类
yolo·无人机
_白格2 天前
无人机与反制
无人机
LONGZETECH4 天前
无人机实训高成本痛点解法:虚拟仿真实现 70% 耗材损耗下降
大数据·算法·unity·架构·无人机
动物园猫6 天前
无人机灾害场景人体目标检测数据集:10,000张图像 | 目标检测
人工智能·目标检测·无人机
tianxuanjg6 天前
高精密CNC 加工厂家该如何挑选
经验分享·机器人·无人机·材质
mtouch3336 天前
全球水面海面动态仿真规划生成数字沙盘电子沙盘系统
人工智能·机器人·无人机·虚拟现实·电子沙盘·数字沙盘