【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及區域覆蓋控制方法領域，具體為一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法。
技術介紹
1、在多智能體系統領域，覆蓋控制問題廣泛應用于軍事監視、環境監測、農業管理等多個領域，尤其是在通道型區域，如河流監測和邊境巡邏。這些區域通常具有非凸形狀而且狹長，信息分布不均，這對智能體的部署和控制策略提出了較高的要求。
2、現有技術中，雖然已提出多種覆蓋控制方法，如voronoi分區、功率圖和加權voronoi分區等，但這些方法存在以下幾個明顯缺點和不足：
3、1、動態適應能力不足：現有的分區方法往往不具備動態調整能力，無法根據智能體數量的變化靈活調整覆蓋區域，導致在任務執行中出現智能體負載不均衡的情況；
4、2、對邊界變化響應遲緩：傳統的覆蓋控制方法對虛擬領導智能體的動態變化響應不夠敏感，無法及時調整個體智能體的位置，從而影響整體的覆蓋效果；
5、3、信息多樣性處理不足：在需要檢測多種信息的通道型區域，現有方法通常依賴單一的智能體組進行覆蓋，導致無法有效滿足不同類型信息的檢測需求。即便考慮為每個智能體配備多個異質傳感器，由于空間上不同信息分布的差異性，可能導致其他信息不能被完全探測，導致覆蓋范圍不全，無法全面檢測所需信息。
6、基于此，本專利技術提出了一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，以解決上述
技術介紹
中提出
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，包括如下步驟：
3、步驟s1，目標區域劃分，基于弧長分區方法，將通道型目標區域劃分為多個順序子區域；
4、步驟s2，虛擬領導智能體的分布式控制器的設計，虛擬領導智能體的分布式控制器保證每組智能體覆蓋區域的弧長與該組智能體的數量成正比；
5、步驟s3，個體智能體分布式控制器的設計，個體智能體分布式控制器結合虛擬領導智能體的分布式控制器，可以使智能體實現對區域s的依次序團隊覆蓋控制。
6、作為優選的：所述步驟s1目標區域劃分過程為，在一個通道型區域s內部署n組異質的多智能體系統，該通道型區域的邊界由兩條正則曲線和定義，其中第i組智能體包含ni個智能體，i＝1,...,n，通道型區域的中線是一條正則曲線，定義為一條以橫坐標為參數的正則曲線，其參數方程記為γ(x)＝(x,y(x))τ，在區域s的中線上部署n+2個虛擬領導者智能體，定義為第i個虛擬領導者智能體的位置，其中i＝0,1,…,n+1，根據虛擬領導者智能體的初始位置，這些智能體按照其橫坐標的順序分布在上，即l＝(l0，l1，…，ln+1)表示這些虛擬領導者智能體的位置集合，每組智能體的覆蓋區域為整個智能體群體的覆蓋區域為其中q＝q1∪q2∪...∪qn.覆蓋區域q的范圍由l0和ln+1之間的曲線弧長決定，且該曲線弧長為規定的固定值定義區域的邊界為并表示與第i組智能體相鄰組的指標集合為第i組智能體覆蓋區域qi的范圍由曲線決定，其定義如下：
7、
8、其中表示曲線的弧長，ni表示第i組智能體的數量，|si|表示曲線si的長度，設pi,j為曲線si與曲線sj的交點，滿足以下關系：
9、
10、其中令p1,0＝l0,pn,n+1＝ln+1，為qi與qj的共享邊界，其定義為：
11、
12、其中是經過點pi,j且與曲線的切線方向垂直的線段，其中為曲線在點pi,j處的切線，i＝1,...,n.l0和ln分別位于區域q的后端和前端。
13、作為優選的：所述第i組智能體的覆蓋區域qi是由和為邊界的內部區域，并且其內部為道路連通的區域，滿足其中i＝1,2,...,n,設pi,m表示第i組智能體中第m個智能體的位置，其中i＝1,...,n,m＝1,...,ni，定義為第i組智能體的位置集合，且p＝(p1,p2,...,pn)為這群智能體的位置集合，對于分布在區域qi中的智能體pi,m,其覆蓋區域qim由以下voronoi分割定義：
14、qim＝{q∈qi∣||q-pim||2≤||q-pis||2,s＝1,...,ni,s≠m},??(1.6)
15、其中ni表示第i組智能體的數量，是區域qim的邊界，智能體pim與其維諾分割鄰居共享部分區域邊界，鄰居的指標集合為其中s＝1,...,ni,s≠m。
16、作為優選的：所述步驟s2虛擬領導者智能體分布式控制器的設計過程，對于虛擬領導者智能體li設計了如下的一階分布式控制器：
17、
18、其中表示曲線γ在點li處的切向量，
19、
20、和表示曲線弧長，i＝1,2,...,n.。
21、作為優選的：所述步驟s3個體智能體的分布式控制器如下：
22、
23、其中，kim＞0，和分別表示區域qim的質量和質心，具體定義為：
24、
25、由(1.11)式定義，i＝1,2,...,n,m＝1,2,...,ni。
26、本專利技術相較于現有技術，其有益效果為：
27、本專利技術動態適應性增強設計的分布式控制器使得智能體能夠根據實際環境的變化實時調整其覆蓋區域，在面對智能體數量變化時，每個團隊可以根據智能體的數量合理調整覆蓋區域的大小，實現負載均衡，這種提升顯著增強了系統在動態環境中的適應性；
28、邊界響應速度提高，每個個體智能體的控制器能夠迅速響應虛擬領導智能體的邊界變化，確保在動態環境中實現最佳的局部部署；
29、多樣化信息檢測能力，本專利技術通過異構智能體團隊的協同工作，使得系統能夠有效處理不同類型的信息，如在河流監測場景中，系統能夠同時檢測水質指標、溫度和放射性等，相較于傳統單一傳感器方案，信息收集更全面。
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1.一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，其特征在于：所述步驟S1目標區域劃分過程為，在一個通道型區域S內部署n組異質的多智能體系統，該通道型區域的邊界由兩條正則曲線和定義，其中第i組智能體包含ni個智能體，i＝1,...,n，通道型區域的中線是一條正則曲線，定義為一條以橫坐標為參數的正則曲線，其參數方程記為γ(x)＝(x,y(x))Τ，在區域S的中線上部署n+2個虛擬領導者智能體，定義為第i個虛擬領導者智能體的位置，其中i＝0,1,...,n+1，根據虛擬領導者智能體的初始位置，這些智能體按照其橫坐標的順序分布在上，即l＝(l0，l1，...，ln+1)表示這些虛擬領導者智能體的位置集合，每組智能體的覆蓋區域為整個智能體群體的覆蓋區域為其中Q＝Q1∪Q2∪...∪Qn.覆蓋區域Q的范圍由l0和ln+1之間的曲線弧長決定，且該曲線弧長為規定的固定值定義區域的邊界為并表示與第i組智能體相鄰組的指標集合為第i組智能體覆蓋區域Qi的范圍由曲線決定，其定義如下：<...
【技術特征摘要】
1.一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于弧長的多智能體系統通道型區域覆蓋控制方法，其特征在于：所述步驟s1目標區域劃分過程為，在一個通道型區域s內部署n組異質的多智能體系統，該通道型區域的邊界由兩條正則曲線和定義，其中第i組智能體包含ni個智能體，i＝1,...,n，通道型區域的中線是一條正則曲線，定義為一條以橫坐標為參數的正則曲線，其參數方程記為γ(x)＝(x,y(x))τ，在區域s的中線上部署n+2個虛擬領導者智能體，定義為第i個虛擬領導者智能體的位置，其中i＝0,1,...,n+1，根據虛擬領導者智能體的初始位置，這些智能體按照其橫坐標的順序分布在上，即l＝(l0，l1，...，ln+1)表示這些虛擬領導者智能體的位置集合，每組智能體的覆蓋區域為整個智能體群體的覆蓋區域為其中q＝q1∪q2∪...∪qn.覆蓋區域q的范圍由l0和ln+1之間的曲線弧長決定，且該曲線弧長為規定的固定值定義區域的邊界為并表示與第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊凱琦，王曉麗，楊恒宇，謝瑋，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：
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