【摘要】：目前無人機(jī)已經(jīng)在精量播種、植被檢測、農(nóng)藥噴灑等不同類型的農(nóng)業(yè)航空作業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,采用無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)植保過程中的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)。同時(shí),在最小化人為干預(yù)的方式下,如何利用無人機(jī)自主完成農(nóng)業(yè)航空作業(yè)任務(wù)也受到了廣泛的關(guān)注。其中,農(nóng)藥噴灑航空作業(yè)任務(wù)的分配是影響噴灑效果的關(guān)鍵因素。然而,關(guān)于無人機(jī)任務(wù)分配問題的研究仍處于發(fā)展階段,有很多關(guān)鍵技術(shù)和理論仍需要進(jìn)一步研究。因此,針對多無人機(jī)農(nóng)藥噴灑任務(wù)分配問題如何優(yōu)化任務(wù)分配使得農(nóng)藥噴灑效果最佳具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本論文針對多無人機(jī)農(nóng)藥噴灑任務(wù)分配問題,構(gòu)建了一種團(tuán)隊(duì)定向問題(TOP)的模型,其首先引入無人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)約束,將農(nóng)田間的歐式距離擴(kuò)展為Dubins距離,然后分析影響農(nóng)藥噴灑效果的兩個(gè)因素,一是農(nóng)藥類型,二是農(nóng)藥噴灑時(shí)的環(huán)境溫度。根據(jù)環(huán)境溫度動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生農(nóng)藥噴灑的時(shí)間窗,并將該時(shí)間窗引入農(nóng)藥噴灑收益函數(shù)中,即構(gòu)建了一種帶有可變時(shí)間窗可變收益的TOP模型(DTOP-VTWVP)。對此,我們采用了遺傳算法求解上述模型,并設(shè)計(jì)了算法中的編碼、交叉和變異方式。通過實(shí)例分析總結(jié)了在Dubins曲線路徑,有限時(shí)間窗,收益可變情形下對該任務(wù)分配問題的影響,然后通過仿真實(shí)驗(yàn)分析闡述了多無人機(jī)任務(wù)分配問題的最佳分配方案。在上述研究基礎(chǔ)上還通過算法仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型及其求解方法比典型的人工分配策略具有明顯的優(yōu)勢,同時(shí)在小規(guī)模情形下也能夠獲得和精確方法一致的最優(yōu)解。此外,還通過仿真實(shí)驗(yàn)對算法的參數(shù)敏感性進(jìn)行了分析,給出了最佳的算法參數(shù)配置。
【圖文】：

cFdF圖 4.1 四個(gè)測試集中待噴灑農(nóng)藥的農(nóng)田分布示意圖Fig 4.1 Distribution of farmlands to be sprayed with pesticides in four instances（3）農(nóng)藥噴灑收益與時(shí)間窗參數(shù)配置本論文選取了 4 種具有不同藥效的農(nóng)藥，表 4.2 中給出了不同農(nóng)藥能夠發(fā)揮藥效的溫度區(qū)間以及針對噴灑農(nóng)藥當(dāng)日的溫度曲線（如圖 4.2 所示）而產(chǎn)生的噴灑時(shí)間窗。表 4.2 農(nóng)藥噴灑參數(shù)表Tab 4.2 Parameters of spraying pesticides農(nóng)藥類型有效溫度時(shí)間一天溫度曲線時(shí)間窗 效益函數(shù)aM [30, 35]aD[08:30:00, 11:30:00]21( ) 0.1 2 9.05.iP t t t bM [30, 35]bD [11:00:00, 13:00:00]21( ) 0.2 4.8 29.55.iP t t t M [20, 30]D [07:17:42, 16:40:20]2( ) 0.01 0.24 0.44.P t t t

cDdD圖 4.2 農(nóng)藥噴灑日期對應(yīng)的溫度曲線圖Fig 4.2 Temperature curve corresponding to pesticide spraying date4.2 影響因素的實(shí)驗(yàn)分析針對多無人機(jī)農(nóng)藥噴灑任務(wù)分配問題，影響其任務(wù)分配的因素有無人機(jī)的飛行路徑、任務(wù)的時(shí)間窗和任務(wù)的收益，且模型求解的滿意解是總收益最大的任務(wù)分配方案。4.2.1 可飛路徑的實(shí)驗(yàn)分析當(dāng)多無人機(jī)農(nóng)藥噴灑任務(wù)分配問題考慮無人機(jī)動(dòng)力學(xué)約束時(shí)，，無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑是無法忽略的，此時(shí)無人機(jī)在農(nóng)田間將會按照 Dubins 路徑的飛行方式飛行，且在農(nóng)田內(nèi)部也要考慮轉(zhuǎn)彎半徑，此時(shí)，將會增加無人機(jī)在農(nóng)田間飛行方式的選擇，不再是簡單的歐式距離。同時(shí)也會導(dǎo)致飛行路徑長度更長，使得在歐氏距離中的可飛方案在 Dubins 路徑中卻是不可飛方案。假設(shè)有兩架的在時(shí)間窗[7:03:00，7:15:00]從起始點(diǎn)出發(fā)對圖 4.1 中F 所示的
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S252.3;TP18

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2686205