CN110197360B - 一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物流无人机领域，提供了一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，包含调度中心调度流程和无人机返航救援流程。调度中心调度流程中，通过剩余电量与返回物流中心所需电量的比较，将送完货物的无人机分为救援无人机和待救援无人机，继续比较剩余电量与执行救援任务所需电量，对每台无人机发送不同类型的返航指令。无人机的救援返航流程中，无人机接收来自调度中心的指令，根据指令内容执行相应操作。本发明对运送完货物的无人机进行了分类和重新规划路线，包含让救援无人机将待救援的无人机当作货物运回物流中心和待救援无人机返回较近的指定驿站，可有效避免无人机空载返航，提高了无人机的利用率，加快了货物运送任务的完成。

Description

一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法

技术领域

本发明涉及物流无人机领域，具体是一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法。

背景技术

随着电子商务的飞速发展，给传统的物流行业带来了巨大的挑战。传统的配送方式依赖人工，其派件效率低、成本高，已经远远不能满足现在巨大的物流需求。为了应对物流行业存在的问题，有效提高配送效率和用户的服务质量，降低物流系统的成本，考虑将无人机应用于物流领域。

与传统的配送方式相比，无人机配送灵活性强、造价低。其次，使用无人机配送将物流配送从地面带到了空中，有效解决了道路拥堵带来的配送时间增加的问题。亚马逊、DHL、京东、顺丰等各大物流公司认识到无人机配送的优势，纷纷试验将无人机技术运用到物流配送中，这给电子商务行业带来革新。

但是，续航时间始终是困扰无人机在物流领域的应用的一个重要问题。无人机在执行运输任务时，需要根据剩余电量设置飞行路线，如果飞行任务所需电量不足以完成本趟飞行往返，则不会安排该无人机执行该飞行任务，因为如果无人机的剩余电量不足以保证安全返航，则需要对其实施救援，而且救援成本较高。而电量足够的无人机在完成运输任务后，无论剩余电量多少，都会空载返回物流中心，空载返航降低了无人机的利用率，造成了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，包括以下步骤：

无人机接收来自调度中心的运货指令，装载给定的货物集，根据送货指令飞往指定的驿站，执行物流配送任务；

无人机到达指定驿站卸货后，向物流调度中心发送请求返航指令，并返回无人机的当前状态信息，包括当前剩余电量和位置信息，然后原地等待经过物流调度中心的信息处理后发来的响应信息；

调度中心获取无人机的位置信息，可以通过无人机装载的GPS、或数据库中已经采集到的驿站的位置信息获取。无人机的当前剩余电量可以表示为电池电量的百分比、电量的毫安数值或可安全续航里程。

无人机接收物流调度中心的返航指令，根据指令内容执行相应操作；若所述的返航指令为直接返航指令，则无人机从当前位置出发直接返回物流调度中心；

若所述的返航指令为救援指令，无人机根据指令中所包含待救援无人机和救援驿站信息，飞往指定驿站，将指定待救援无人机载回物流调度中心；

若所述的返航指令为等待救援指令，且指令中包含无人机要飞往的指定驿站，则无人机从当前驿站出发飞往指定驿站等待救援，若指定驿站是无人机当前所在驿站，则无人机原地等待救援。

进一步，所述调度中心收到一组无人机返航请求，获取每台无人机的当前电量和位置等状态信息；计算无人机空载飞回物流中心的所需电量，与无人机的当前剩余电量作比较，判断无人机为待救援状态或可正常返回状态。

进一步，所述调度中心判定当前无待救援状态的无人机，对处于可正常返回状态的所有无人机发送直接返航指令，若存在待救援无人机，则根据每台待救援无人机的剩余电量，为其计算其可安全到达且最靠近物流中心的驿站，向其发送等待救援指令，指令中包含指定其将要飞往的驿站。

进一步，所述调度中心根据对每一台可安全返航的无人机，计算其剩余电量是否足够承担救援任务，为其计算可以救援的无人机，向其发送救援指令，指令中包含其要飞往的驿站和待救援的无人机。

进一步，所述可安全返航的无人机，其剩余电量不足以执行任何救援任务，则向其发送直接返航指令。

进一步，所述待救援无人机若暂时无法安排救援，则该台无人机在指定驿站持续等待直到调度中心为其安排救援无人机。

进一步，为了实现上述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，具体调度流程的计算步骤如下：：

步骤S201，调度中心收到一组无人机返航请求，获取到每台无人机的当前电量和位置等状态信息；

步骤S202，调度中心根据无人机剩余电量和位置，结合空载返回物流中心所 需的电量，判断无人机的状态，将状态信息加到指令中，将待救援状态的无人机v加 入待救援无人机集合S，将可正常返回状态的无人机u加入救援无人机集合P，清空Q集合(其 中，Q集合用于暂时存放无法救援的无人机，初始化为空)；根据步骤S201获得每台无人机的 位置信息集，再结合物流中心的位置信息，可以计算出每台无 人机与物流中心之间的距离；

步骤S203，判断待救援无人机的集合S是否为空，若是，转到步骤S204；若否，转到步骤S205；

步骤S204，对P中所有无人机发出直接返航指令，清空集合P，同时令S=Q；

步骤S205，对S中的某台待救援无人机v，计算离物流中心最近的且满足其剩余电量可达的驿站x，向该台无人机发送等待救援指令，指令中包含飞往的指定驿站x；

步骤S206，根据待救援无人机集合S中的某台待救援无人机，通过计算选定P中无 人机u飞往救援无人机所在驿站x装载待救援无人机，并计算返回物流中心所需的电量；调度中心根据无人机剩余电量与返回物流中心所需的电量的比较， 在P中寻找无人机u；

步骤S207，判断P中是否存在救援无人机u,如果存在，则转到步骤S208；否则，转到步骤S209；

步骤S208，对S中的某一台待救援无人机v，如果P中存在无人机u的当前剩余电量大于所需电量，即该无人机剩余电量足够飞往无人机v被指定的救援驿站，并 能够将无人机v带回中转站，则调度中心向u发出救援指令，指令中包含待救援无人机v和驿 站x；

步骤S209，如果P中不存在无人机u使得当前剩余电量大于所需电量， 即该无人机剩余电量不能够飞往无人机v被指定的救援驿站，并将无人机v带回中转站，则 将v存入无法救援无人机集合Q，将v从S中删除，然后再返回步骤S203，继续判断S是否为空；

步骤S2010，将待救援无人机v从集合S中移除，同时将救援无人机u从P中移除，然后返回步骤S203重新开始判断S是否为空。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计新颖，可实现性高，在提高无人机的使用率的同时，还避免了无人机由于剩余电量不足，导致的无法安全返航带来的高昂的救援成本，本发明在调度无人机的时候只需考虑无人机剩余电量是否足够将货物送达目的地，而不用额外考虑无人机是否有足够的电量能够安全返航，降低了无人机货运调度的成本；将送完货物且剩余电量无法安全返航的无人机作为待救援的无人机，将送完货物且电量足够的无人机作为救援无人机，救援无人机将待救援的无人机当作货物运回物流中心，从而提高了无人机的使用率，避免了资源的浪费，加快了货物运送任务的完成，客观上减少了一部分无人机的使用时间，增加了整个物流无人机团队的使用寿命。

附图说明

图1为一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法的运货以及返航调度的流程示意图；

图2为一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法的调度中心返航救援调度的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅附图1-2，本发明实施例中，为本发明一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，物流无人机首先接收来自调度中心的运货指令，装载给定的货物集后，根据调度中心的送货指令，无人机飞往指定的驿站，执行物流配送任务；当无人机到达指定驿站，完成卸货后，配送任务完成，此时无人机向物流调度中心发出请求返航的指令，并同时提交无人机的当前的状态信息，包括当前剩余电量和地理位置信息，然后无人机原地等待，物流调度中心接收了无人机发送的信息后，经过计算处理再向无人机发出相应的返航指令信息，控制无人机的下一步行动。

除了无人机自动发送自身的地理位置信息外，调度中心可以通过无人机装载的GPS、或数据库中已经采集到的驿站的位置信息获取。无人机的当前剩余电量可以表示为电池电量的百分比、电量的毫安数值或可安全续航里程。

无人机接收物流调度中心的返航指令信息后，根据指令内容执行相应操作；调度中心处理无人机发来的返航指令，并给出相应返航指令的判定流程，具体调度流程的计算步骤如下：：

步骤S201，调度中心收到一组无人机返航请求，获取到每台无人机的当前电量和地理位置等状态信息。

步骤S202，调度中心根据无人机剩余电量和位置，结合空载返回物流中心所 需的电量，判断无人机为待救援状态或可正常返回状态，将状态信息加到指令中，同 时将待救援状态的无人机v加入待救援无人机集合S，将可正常返回状态的无人机u加入救 援无人机集合P，清空Q集合(Q集合用于暂时存放无法救援的无人机，初始化为空)。

通过步骤S201获得每台无人机的位置信息集，再结 合物流中心的位置信息，可以计算出每台无人机与物流中心之间的距离。

在本实施例中，若无人机是匀速飞行的，则空载时的平均电量消耗速率为、 飞行速率为，可以计算出每台无人机飞回物流中心所需要的电量，

。

在本实施例中，使用的是同一种型号的无人机，无人机空载和装载时的飞行速率、无人机的平均电量消耗速率，可以对无人机进行实际测试来获得。

如果所需电量大于无人机的当前剩余电量，表明无人机的当前电量不 满足无人机安全返航要求，将该类无人机标记为待救援状态，加入待救援无人机集合S。

如果所需电量不大于无人机的当前剩余电量，表明无人机的当前电量 满足无人机安全返航要求，将该类无人机标记为可正常返回状态，加入救援无人机集合P。

步骤S203，判断待救援无人机的集合S是否为空，若是集合S为空，转到步骤S204，反之转到步骤S205。

步骤S204，对P中所有无人机发出直接返航指令，清空集合P，同时令S=Q。

待救援无人机集合S为NULL时，表明当前不存在待救援状态的无人机v，对P集合中的无人机发送直接返航指令（指令中不包含救援指令）。令S=Q，将存放本周期无法救援的无人机v的集合赋值给S，S将在下一个调度周期进行计算。

步骤S205，对S中的某台待救援无人机v，计算离物流中心最近的且满足其剩余电量可达的驿站x，向该台无人机发送等待救援指令，指令中包含飞往的指定驿站x。

对S中的某台待救援无人机v，计算空载飞往其他每一个驿站所需要的电量 ，与剩余电量比较。

如果所需电量小于剩余电量，则该驿站为v可达驿站，在所有v可达驿站中选择距离物流中心最近的驿站，将其作为指定的救援驿站，向无人机发送等待救援指令，指令中包含无人机要飞往的指定驿站信息。

如果无人机的当前剩余电量可达的所有其他驿站都不比当前无人机所在驿站离物流中心的距离更近，则发送等待救援指令，该指令中指定飞往的救援驿站为无人机当前所在驿站。

步骤S206，在P中寻找电量足够飞往指定驿站x且可将待救援无人机v安全带回的无人机。

对S中的某台待救援无人机，计算P中无人机u飞往救援无人机所在驿站x装载待救 援无人机，然后返回物流中心所需的电量。

在本实施例中，无人机是匀速飞行的，且装载无人机时的平均电量消耗速率为、飞行速率为，可以计算出每台无人机飞回物流中心所需要的电量，

。

通过步骤S201计算出的每台无人机与物流中心之间的距离集合,从中选择 ，为指定驿站与无人机 之间的距离，可以根据位置信息计算得到。

调度中心根据无人机剩余电量与返回物流中心所需的电量的比较，在 P中寻找无人机u。

步骤S207，判断P中是否存在救援无人机u，如果存在，则转到步骤S208；否则，转到步骤S209。

步骤S208，调度中心向u发出救援指令，指令中包含待救援无人机v和驿站x。

对S中的某一台待救援无人机v，如果P中存在无人机u的当前剩余电量大于所 需电量，即该无人机剩余电量足够飞往无人机v被指定的救援驿站，并能够将无人机 v带回中转站，则调度中心向u发出救援指令，指令中包含待救援无人机v和驿站x。

步骤S209，将v存入无法救援无人机集合Q，将v从S中删除。

如果P中不存在无人机u使得当前剩余电量大于所需电量，即该无人机 剩余电量不能够飞往无人机v被指定的救援驿站，并将无人机v带回中转站，则将v存入无法 救援无人机集合Q，将v从S中删除，然后再返回步骤S203，继续判断S是否为空。

其中，对于某一台待救援无人机v，如果存在多架救援无人机u满足久远的电量需 求，可以根据较优的选择方案，派遣最适合的救援无人机去救援。该选择方案可以选择距离 指定驿站最近的救援无人机，也可以选择救援所需电量与当前剩余电量的比值(即/)较大的去救援，最大的利用每台无人机电池的剩余电量。

步骤S2010，将无人机v从S中移出，将u从P中移出。

将待救援无人机v从集合S中移除，同时将救援无人机u从P中移除，然后返回步骤S203重新开始判断S是否为空。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

无人机接收来自调度中心的运货指令，装载给定的货物集，根据送货指令飞往指定的驿站，执行物流配送任务；

无人机到达指定驿站卸货后，向物流调度中心发送请求返航指令，并返回无人机的当前状态信息，包括当前剩余电量和位置信息，然后原地等待经过物流调度中心的信息处理后发来的响应信息；

无人机接收物流调度中心的返航指令，根据指令内容执行相应操作；

若所述的返航指令为直接返航指令，则无人机从当前位置出发直接返回物流调度中心；

若所述的返航指令为救援指令，无人机根据指令中所包含待救援无人机和救援驿站信息，飞往指定驿站，将指定待救援无人机载回物流调度中心；

若所述的返航指令为等待救援指令，且指令中包含无人机要飞往的指定驿站，则无人机从当前驿站出发飞往指定驿站等待救援，若指定驿站是无人机当前所在驿站，则无人机原地等待救援；

所述物流调度中心与无人机之间返航指令的具体调度流程的计算步骤如下：

步骤S201，调度中心收到一组无人机返航请求，获取到每台无人机的当前电量和位置等状态信息；

步骤S202，调度中心根据无人机剩余电量和位置，结合空载返回物流中心所需的 电量，判断无人机的状态，将状态信息加到指令中，将待救援状态的无人机v加入待 救援无人机集合S，将可正常返回状态的无人机u加入救援无人机集合P，清空Q集合，其中Q 集合用于暂时存放无法救援的无人机，其初始化为空；根据步骤S201获得每台无人机的位 置信息集，再结合物流中心的位置信息，可以计算出每台无人 机与物流中心之间的距离；

步骤S203，判断待救援无人机的集合S是否为空，若是，转到步骤S204；若否，转到步骤S205；

步骤S204，对P中所有无人机发出直接返航指令，清空集合P，同时令S=Q；

步骤S205，对S中的某台待救援无人机v，计算离物流中心最近的且满足其剩余电量可达的驿站x，向该台无人机发送等待救援指令，指令中包含飞往的指定驿站x；

步骤S206，根据待救援无人机集合S中的某台待救援无人机，通过计算选定P中无人机u 飞往救援无人机所在驿站x装载待救援无人机，并计算返回物流中心所需的电量；其 中，根据步骤S201计算出的每台无人机与物流中心之间的距离集合，从中选择，为指定驿站与无人机之 间的距离，可以根据位置信息计算得到；调度中心根据无人机剩余电量与返回物流中 心所需的电量的比较，在P中寻找无人机u；

步骤S207，判断P中是否存在救援无人机u，如果存在，则转到步骤S208；否则，转到步骤S209；

步骤S208，对S中的某一台待救援无人机v，如果P中存在无人机u的当前剩余电量 大于所需电量，即该无人机剩余电量足够飞往无人机v被指定的救援驿站，并能够将 无人机v带回中转站，则调度中心向u发出救援指令，指令中包含待救援无人机v和驿站x；

步骤S209，如果P中不存在无人机u使得当前剩余电量大于所需电量，即该无 人机剩余电量不能够飞往无人机v被指定的救援驿站，并将无人机v带回中转站，则将v存入 无法救援无人机集合Q，将v从S中删除，然后再返回步骤S203，继续判断S是否为空；

步骤S2010，将待救援无人机v从集合S中移除，同时将救援无人机u从P中移除，然后返回步骤S203重新开始判断S是否为空。

2.根据权利要求1所述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：所述调度中心收到一组无人机返航请求，获取每台无人机的当前电量和位置等状态信息；计算无人机空载飞回物流中心的所需电量，与无人机的当前剩余电量作比较，判断无人机为待救援状态或可正常返回状态。

3.根据权利要求2所述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：所述调度中心判定当前无待救援状态的无人机，对处于可正常返回状态的所有无人机发送直接返航指令，若存在待救援无人机，则根据每台待救援无人机的剩余电量，为其计算其可安全到达且最靠近物流中心的驿站，向其发送等待救援指令，指令中包含指定其将要飞往的驿站。

4.根据权利要求2所述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：所述调度中心根据对每一台可安全返航的无人机，计算其剩余电量是否足够承担救援任务，为其计算可以救援的无人机，向其发送救援指令，指令中包含其要飞往的驿站和待救援的无人机。

5.根据权利要求4所述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：所述可安全返航的无人机，其剩余电量不足以执行任何救援任务，则向其发送直接返航指令。

6.根据权利要求2所述的一种具备救援功能的物流无人机返航调度方法，其特征在于：所述待救援无人机若暂时无法安排救援，则该台无人机在指定驿站持续等待直到调度中心为其安排救援无人机。