基于數(shù)學(xué)建模與遺傳算法的無人機路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究

關(guān)鍵詞：無人機路徑規(guī)劃；整數(shù)規(guī)劃；遺傳算法；優(yōu)化方法；任務(wù)執(zhí)行

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）36-0045-04"開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標識碼（OSID） ：

0引言

在當(dāng)今技術(shù)飛速發(fā)展的時代，無人機作為一種新興的技術(shù)手段，已經(jīng)廣泛滲透到軍事偵察、災(zāi)害監(jiān)測、物流配送、農(nóng)業(yè)噴灑等多個領(lǐng)域。隨著無人機應(yīng)用場景的不斷拓展，其路徑規(guī)劃問題逐漸成為研究的熱點[1]。路徑規(guī)劃的目標在于設(shè)計一條既能高效完成預(yù)定任務(wù)，又能滿足特定約束條件（如避開障礙物、限制飛行區(qū)域等） 的飛行路徑[2]。本文聚焦于無人機在執(zhí)行任務(wù)過程中的路徑規(guī)劃問題，旨在通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和設(shè)計相應(yīng)算法，探尋一條能使無人機總飛行時間最短的最優(yōu)路徑。

1 模型建立

1.1 問題背景

路徑規(guī)劃的目標是設(shè)計一條路徑，使得無人機能夠在滿足特定約束條件下，高效地完成預(yù)定任務(wù)。在本問題中，需要設(shè)計一條路徑，使得無人機能夠從起點A 飛往終點B，并且在飛行過程中覆蓋一系列的目標點T₁，T₂，...，T_n。每個目標點都必須被覆蓋，而且無人機在任意時刻都不能超出預(yù)定的飛行區(qū)域D。此外，無人機的飛行速度為v，可以變向但不可逆行。本實驗的目標是設(shè)計一條路徑，使得無人機的總飛行時間最小。為了避免路徑與已知障礙物相交，需要考慮碰撞避免約束。此外，無人機的飛行時間不能超過其電池容量所允許的最大飛行時間T_max。

綜上所述，需要建立一個數(shù)學(xué)模型來描述無人機路徑規(guī)劃問題，并設(shè)計一種算法來求解最優(yōu)路徑。

調(diào)用遺傳算法可以得到最短路徑，如圖5所示：

5 結(jié)束語

本文通過深入分析和研究無人機路徑規(guī)劃問題，提出了一套基于數(shù)學(xué)模型和遺傳算法的解決方案，展示了如何高效、安全地完成無人機的飛行任務(wù)。通過建立無人機路徑規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，包括定義飛行區(qū)域約束、起始和結(jié)束點約束、覆蓋約束等，引入遺傳算法，成功將實際問題轉(zhuǎn)化為可通過算法求解的數(shù)學(xué)問題。這一過程不僅為無人機路徑規(guī)劃提供了理論基礎(chǔ)，也證明了遺傳算法在解決無人機路徑規(guī)劃中的重要作用和有效性。本文為無人機路徑規(guī)劃問題提供了一種有效的解決思路和技術(shù)方法，對促進無人機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有一定的參考價值和實際意義。同時，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究者和工程師提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，有助于推動無人機技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。