微小无人潜器集群系统的驱驰方法、系统、装置及介质

本发明涉及多智能体系统运动控制领域，尤其涉及一种微小无人潜器集群系统的驱驰方法、系统、装置及介质。

背景技术：

1、作为多智能体系统，水下微小无人潜器集群通常由几十上百个个体组成，这些个体具有体积小、能耗低、功能单一以及成本低的优点。采用这种集群工作方式具有强鲁棒性，由于系统的冗余特性，对集群而言，少量个体的故障不会影响任务的执行；集群模式下的水下无人潜器个体小，具备优越的隐蔽性和渗透性，难以被发觉；在未知环境中，能够具备较强的适应性。

2、该系统的一种应用场景为：在海洋或湖泊等中，使用微小无人潜器集群来监测水质、温度、盐度等环境参数，有时需要让集群移动至特定的污染区域，或者需要重点关注的环境敏感区域进行环境参数监测。该场景的主流控制方案为：先人为规划从起点至终点的路径，然后让系统的无人潜器个体跟踪相应的路径。该方案的缺陷在于，由于是预设的路径，当路径上存在没有考虑到的环境干扰时，集群无法主动规避；且难以应对集群规模庞大的场景。面向基于群集运动模型的水下微小无人潜器集群设计的集群驱弛算法能在舍弃对固定路径的依赖的同时，根据外部环境情况，主动规避不利因素，且能适用于集群规模较大的场景。

3、现有的相关文献中提及的集群驱弛算法虽然能够在平面上完成驱弛目标，但不适用于三维空间；当集群规模较大时，负责驱赶的无人潜器个体对集群中离自身较远的无人潜器个体的影响较小，需要付出更多的能量和时间来完成任务目标。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于通过一种微小无人潜器集群系统的驱驰方法、系统、装置及介质。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种微小无人潜器集群系统的驱驰方法，包括以下步骤：

4、s1、获取若干个微小无人潜器个体作为驱弛者，驱弛者个体依照集群在指定平面上的投影来找到负责的部分微小无人潜器集群；

5、s2、驱弛者个体判断当前所处的状态，并根据状态完成运动决策；

6、s3、判断是否将集群驱赶至目的地，若是，完成驱驰；反之，返回执行步骤s1；

7、所述运动决策包括三种运动策略，分别为：

8、1)处于集群尾部：判断是否出现离群个体，若是，则修改状态为驱赶离群个体回群，并返回步骤s1；否则，判断自身与集群之间的距离是否过近，若是则停止运动，否则朝集群运动；

9、2)驱赶离群个体回群：判断自身在驱赶过程中是否处于不适合的位置，若是则修改状态为返回集群尾部，否则，继续驱赶离群个体回群；

10、3)返回集群尾部：判断是否到达集群尾部，若是则修改状态为在集群尾部，否则以弧形轨迹返回集群尾部。

11、进一步地，所述步骤s1，包括：

12、s11、在三维空间中生成一个法向量为由集群的中心点gc指向目标区域的中心点pdc的方向向量o(pdc-gc)的平面；

13、s12、随机生成一个不与过中心点pdc与中心点gc的直线平行的矢量l；

14、s13、过中心点gc生成一个位于所述平面上的，通过向量o(pdc-gc)和矢量l的外积生成的x坐标轴，通过x坐标轴和向量o(pdc-gc)的外积生成y坐标轴；

15、s14、计算得到集群中的每一个个体在所述平面上的投影点，将投影点和坐标轴的原点相连，得到该线段与x轴正方向的夹角；

16、s15、假定驱弛者的标号为j，驱弛者的数量为np，将平面进行np等分，若集群个体在步骤s14中获得的夹角位于和之间，则认为该集群个体由驱弛者j管辖。

17、进一步地，所述处于集群尾部对应的运动策略，包括：

18、驱弛者个体检测当前时刻自己管理的集群个体中是否出现了离群个体，其中检测是通过比较驱弛者自身到过集群中心点gc和目的地中心点pdc的直线的距离与设定阈值dp实现的，当距离超过阈值dp时，修改状态为驱赶离群个体回群，返回步骤s1；否则，判断自身与集群之间的距离是否过近，驱弛者个体将离自己最近的那只集群个体和自身之间的距离和设定阈值dnp进行对比，如果距离小于或等于dnp，则停止运动，否则朝集群运动。

19、进一步地，所述驱赶离群个体回群对应的运动策略，包括：

20、驱弛者个体判断自身在驱赶过程中是否处于不适合的位置，先对自身和集群的相对位置进行计算，相对位置用两个角度来描述：第一个角是计算从同一点gc出发，指向驱弛者自身和目的地中心点pdc的两个矢量之间的夹角；第二个角是计算从同一点gc出发，指向被驱弛者判断为离群的个体和目的地中心点pdc的两个矢量之间的夹角，获取第二个角与第一个角的差值；

21、当遇到以下两种情况时，修改状态为返回集群尾部，返回步骤s1：1)当第一个角小于设定阈值θmax时；2)当第二个角大于设定阈值θtmin时；否则继续驱赶离群个体回群。

22、进一步地，通过以下方式驱赶离群个体回群：

23、当通过当前环境信息计算得到驱弛者i的速度时，对该速度进行旋转，旋转方向取决于生成的轨迹是否通过集群，轨迹不允许通过集群；旋转轴是一个从驱弛者的位置指向离群个体的位置的第一矢量，和过集群中心点gc相交并垂直于第一矢量的矢量的外积，每次只旋转预设的幅度。

24、进一步地，所述返回集群尾部对应的运动策略，包括：

25、驱弛者个体判断是否到达集群尾部，如果驱弛者到过中心点gc和中心点pdc的直线的距离小于或等于dp，则修改状态为正处于集群尾部，返回步骤s1；否则，继续以弧形轨迹返回集群尾部。

26、进一步地，所述继续以弧形轨迹返回集群尾部，包括：

27、当通过当前环境信息计算得到驱弛者i的速度时，对该速度进行旋转，旋转方向取决于生成的轨迹是否通过集群，轨迹不允许通过集群；旋转轴是一个从驱弛者的位置指向离群个体的位置的第一矢量，和过集群中心点gc相交并垂直于第一矢量的矢量的外积，每次只旋转预设的幅度。

28、进一步地，所述步骤s3，包括：

29、s31、统计集群所有个体与目的地中心pdc之间的距离；

30、s32、若步骤s31中得到的距离小于目的地半径的数量等于整个集群个体的数量，则结束驱驰；否则，返回执行步骤s2。

31、本发明所采用的另一技术方案是：

32、一种微小无人潜器集群系统的驱驰系统，包括：

33、集群划分模块，用于获取若干个微小无人潜器个体作为驱弛者，驱弛者个体依照集群在指定平面上的投影来找到负责的一部分微小无人潜器集群；

34、判断驱弛模块，用于驱弛者个体判断当前所处的状态，并根据状态完成运动决策；

35、判断返回模块，用于判断是否将集群驱赶至目的地，若是，完成驱驰；反之，返回集群划分模块；

36、所述运动决策包括三种运动策略，分别为：

37、1)处于集群尾部：判断是否出现离群个体，若是，则修改状态为驱赶离群个体回群，并返回集群划分步骤；否则，判断自身与集群之间的距离是否过近，若是则停止运动，否则朝集群运动；

38、2)驱赶离群个体回群：判断自身在驱赶过程中是否处于不适合的位置，若是则修改状态为返回集群尾部，否则，继续驱赶离群个体回群；

39、3)返回集群尾部：判断是否到达集群尾部，若是则修改状态为在集群尾部，否则以弧形轨迹返回集群尾部。

40、本发明所采用的另一技术方案是：

41、一种微小无人潜器集群系统的驱驰装置，包括：

42、至少一个处理器；

43、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

44、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。

45、本发明所采用的另一技术方案是：

46、一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。

47、本发明的有益效果是：本发明提出了一种新颖可行的三维空间集群运动控制策略，相较于主流的集群运动控制策略，本发明能够应对不同规模的集群，并且能够更加灵活的应对环境中的突发状况，且能够保持高成功率以及低时间消耗。