本发明专利技术公开了一种面向应急的多飞艇对地观测任务协同分配方法，目的是动态进行任务分配，尽可能地提高任务的调度成功率。技术方案是首先构建待分配任务集AT，AT中的任务进行正向招标，筛选出所有满足基本能力约束的资源；之后根据缓冲池容量，资源竞争轮盘集合中的资源计算正向标值并投标；采用Max策略对任务的投标资源进行选择，确定每个任务的正向中标资源，对其反向投标；资源进行反向招标，每个投标的任务计算反向标值；采用轮盘赌策略对投标任务进行选择，完成反向中标，即得到任务分配结果。采用本发明专利技术一方面可减少不必要的计算时间和通信量，另一方面可提高任务的调度成功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多飞艇对地观测任务协同分配方法，尤指在应急条件下通过基于多Agent双向招标的改进合同网机制进行飞艇任务协同分配的方法。
技术介绍
近年来飞艇技术不断成熟，飞艇应用于对地观测系统填补卫星和无人机之间的空缺，正成为世界各国迫切研究的新课题。飞艇是一种依靠浮力升空，可操纵机动的空间飞行器。与无人机相比，飞艇续航时间更长，可长时间定点观测；与卫星相比，飞艇控制更加灵活，制造和运行消耗较低，对观测目标不存在时间窗口限制。因此飞艇在整个立体对地观测系统中，有着不可替代的地位和作用。尤其是在应急条件下，观测任务具有突发性、聚集性、时效性和动态性等特征，更加凸显飞艇区域覆盖、快速响应和持续保障的优势。应急条件下多飞艇协同任务分配是一个极具前景的研究课题，对提高飞艇工作效能有着至关重要的作 用。由于应急对地观测任务往往在短时间内大量到达，且具有很高的时效性要求，需要在给定时间内完成，否则观测结果将失效。因此，对于无法在截止期内完成的任务不进行分配。飞艇根据需求装备成像载荷，载荷覆盖范围是一个锥形观测区域，地面覆盖半径与飞行高度、载荷类型有关。多飞艇对地观测示意图如图I所示。在图I所示的多飞艇对地观测示意图中，实心小方格代表观测目标，不同飞艇的观测区域覆盖范围有所不同，同时存在对某些观测目标的观测范围交叉。多飞艇对地观测任务协同分配即如何将观测任务分配到不同的飞艇上，最大化满足用户在载荷类型、时间及分辨率等方面的需求。《人工智能及其应用》(清华大学出版社，2003)—书中指出Agent具有自治性、反应性、预动性和社会性等特征。Agent是一种智能主体，即具有智能行为的某种个体或主体。多个Agent组成的系统具有协作性、并行性、健壮性、易扩展性和分布性等特点。因此，可用Agent分别描述任务、资源及管理者进行任务分配。目前多Agent研究领域的协同任务分配方法有基于对策论，基于熟人，基于合同网，基于联合承诺等。在这几种协作方案中，合同网在分布式多Agent系统的任务分配方法中具有很明显的优势。合同网模型是Smith 和 Davis 于 1980 年在《The Contract Net Protocol HighLevel Communication and Control in a Distributed Problem Solver))一文中提出的，其基本思想是通过“招标一投标一中标”过程进行任务分配，用于解决资源、知识的冲突等问题，现已被广泛地用于Agent的任务分配中。飞艇观测任务集合可用T=IT1, T2,…，TJ表示，其中η为正整数。任意一个元任务Ti可表示为Ti= (Tai, Tdi, Tli, Pi), I彡i彡η，其中Tai为任务Ti的到达时间，Tdi为任务Ti需求的截止时间，Tli为任务Ti需求的持续执行时间，Pi为任务Ti的权值收益，即优先级，表示任务Ti的重要程度。飞艇资源集合可用S=以，S2，…，SJ表示，Si表示第i个飞艇，m为正整数。飞艇任务分配是飞艇管控系统的重要组成部分，在当今应急需求日益增加的环境下，如何有效分配飞艇任务，满足用户在应急情况下的需求是亟待解决的关键问题，目前尚无采用基于多Agent双向招标的改进合同网机制进行飞艇任务协同分配方法的公开报告。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对应急观测任务高时效性要求，在满足用户时间要求前提下，提供一种面向应急的协同任务分配方法，动态进行任务分配，尽可能地提高任务的调度成功率。本专利技术的基本思想是基于合同网模型和Agent，构建双向招标的多Agent协同任务分配模型，以任务完成率和权值收益为主要目标，兼顾资源负载平衡性，提供一种具有资源竞争轮盘和投标资源缓冲池的动态协同任务分配方法。本专利技术所指的任务是指元任务，即不可以拆分的固定点目标观测任务，每个任务只需一艘飞艇独立完成；应急条件下任务完成率和权值收益是考虑的主要目标，尤其是在大量应急任务动态到达的情况下，尽量提高任务完成率和权值收益以满足应急需求。因此本专利技术以任务完成率和权值收益率作为任务分配优化目标。(I)任务完成率目标使得的值，即被成功分配的任务数与所有任务数之比尽可能的大。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种面向应急的多飞艇对地观测任务协同分配方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，任务动态达到后，将新到任务和等待执行任务按优先级排序，构建飞艇观测任务集合T，设定待分配任务集合临时分配任务集合T={T1,T2,…,Tn}，任务个数n为正整数，任意一个元任务Ti表示为Ti=(Tai,Tdi,Tli,Pi),1≤i≤n，其中Tai为任务Ti的到达时间，Tdi为任务Ti需求的截止时间，Tli为任务Ti需求的持续执行时间，Pi为任务Ti的优先级，表示任务Ti的重要程度；第二步，将满足基本能力约束的任务加入到待分配任务集合AT中；2.1，判断T是否为空，如果为空，转第三步；如果不为空，则执行2.2步；2.2，按优先级顺序从T中取出任务Ti，将Ti与资源进行匹配；2.3，如果任务Ti与资源匹配成功，转2.4步；否则转2.5步；2.4，将任务Ti加入待分配任务集合AT中，之后将任务Ti从T中移除，转2.1步；2.5，将任务Ti从T中移除，转2.1步；第三步，将待分配任务集合AT中满足截止期要求的任务放入临时任务集合TT中，方法是：3.1，拷贝AT中的所有任务到空集合Temp中；3.2，判断Temp是否为空，如果为空，转第四步；如果不为空，则转3.3步；3.3，按优先级顺序从Temp中取出任务Tp,1≤p≤n，计算任务Tp的最早可开始执行时间Tbpj：Tbpj=max{Tap,Sej+Stjp-1,p}---(4)其中，Tap为任务Tp的到达时间，Sej为飞艇资源Sj完成已安排任务时刻，为资源Sj在完成任务Tp？1后到执行任务Tp前需准备的时间，表示飞艇资源Sj的可用时间；3.4，如果任务Tp满足截止期，即Tbpj+Tlp≤Tdp，Tbpj为Tp的最早开始执行时间，Tlp为Tp需求的持续执行时间，Tdp为Tp的截止期，转第3.5步；如果Tbpj+Tlp>Tdp，将Tp从集合Temp中移除，转3.2步；3.5，将任务Tp加入到临时分配任务集合TT中，之后将Tp从集合Temp中移除，转3.2步；第四步，如果TT不为空，转第五步，如果TT为空，转第十七步；第五步，将TT中任一任务映射为一个任务Agent，即一个任务对应一个任务Agent，Tk映射成的Agent表示为1≤k≤n，将资源集合S中的任一资源映射为一个资源Agent， 即一个资源对应一个资源Agent，Sj映射成的Agent表示为1≤j≤m，任务Agent指任务所映射的智能主体，所述资源Agent是指资源所影射的智能主体；第六步，将所有满足基本能力约束的发送给管理者Agent？AD_Agent，并将放入资源竞争轮盘集合SA中，即所述管理者Agent是指协调任务Agent和资源Agent的智能主体；第七步，AD_Agent对SA中发送任务的详细招标信息，包括任务到达时间Tak、持续时间Tlk、截止时间Tdk和优先权Pk；第八步，设定缓冲池容量c，其中，n表示任务个数，s表示放入SA中的资源个数；第九步，设定p=0，q=0；第十步，如果p=c或q=s，转第十五步；如果p∀smA,tenderValue_0km=max{tenderValue_0kj}---(8)其中tenderValue_0kj表示缓冲池中所有投标资源的标值；第十六步，将任务对应的任务Tk从TT中移除，转第四步；第十七步，判断SA是否为空，如果为空，转第二十二步；否则转第十八步；第十八步，设定集合C为空集，集合D为空集；第十九步，对SA中每个资源进行反向招标，计算反向招标标值，方法是：19.1，将所有招标后资源中标的任务Agent放入集合C中；19.2，如果集合C不为空，转19.3步，否则转第二十步；19.3，计算集合C中任务的需求紧迫度βij，βij指任务重要性与任务持续执行时间相对截止期的可调节性的乘积，对有βij=Piθ·Tli/(Tdi-Tbij)---(9)θ为常数；19.4，设定反向标值TenderValue_1ij；TenderValue_1ij=βijΣj=1mαij---(10)19.5，将从集合C中移除，放入集合D中，转19.2步；第二十步，采用轮盘赌策略对集合D中的投标任务进行选择，确定资源的中标任务方法是：20.1，计算集合D中d个反向投标的资源任务Agent的反向招标标值；20.2，计算投标方的中标概率ph：ph=TenderValue_1jhΣj=1dTenderValue_1ij---(11)其中...
【技术特征摘要】
1.一种面向应急的多飞艇对地观测任务协同分配方法，其特征在于包括以下步骤 第一步，任务动态达到后，将新到任务和等待执行任务按优先级排序，构建飞艇观测任务集合T，设定待分配任务集合= 0 ,临时分配任务集合7T = 0 ;T= IT1, T2,…，TJ，任务个数η为正整数，任意一个元任务Ti表示为Ti= (Tai, Tdi, Tli, Pi)，I彡i彡η，其中Tai为任务Ti的到达时间，Tdi为任务Ti需求的截止时间，Tli为任务Ti需求的持续执行时间，Pi为任务Ti的优先级，表示任务Ti的重要程度； 第二步，将满足基本能力约束的任务加入到待分配任务集合AT中； .2.1，判断T是否为空，如果为空，转第三步；如果不为空，则执行2. 2步； . 2. 2，按优先级顺序从T中取出任务Ti，将Ti与资源进行匹配； . 2. 3，如果任务Ti与资源匹配成功，转2. 4步；否则转2. 5步； .2. 4，将任务Ti加入待分配任务集合AT中，之后将任务Ti从T中移除，转2. I步； .2.5，将任务TiWT中移除，转2. I步； 第三步，将待分配任务集合AT中满足截止期要求的任务放入临时任务集合TT中，方法是 .3.1，拷贝AT中的所有任务到空集合Temp中； .3. 2，判断Temp是否为空，如果为空，转第四步；如果不为空，则转3. 3步； .3.3，按优先级顺序从Temp中取出任务Tp，I < ρ < η，计算任务Tp的最早可开始执行时间Tbpj Tbi 二 max^Tap，Sej + Stpfl,p| 其中，Tap为任务Tp的到达时间，Sej为飞艇资源S」完成已安排任务时刻，％々为资源Sj在完成任务Tlri后到执行任务Tp前需准备的时间，*表示飞艇资源...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓敏，江建清，邱涤珊，祝江汉，马满好，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。