多模通信特种车辆集群协同调度监控管理方法与流程

本发明属于特种作业监控管理与协同调度，尤其涉及一种多模通信特种车辆集群协同调度监控管理方法。

背景技术：

1、在应急救援、危化处置以及其他特种作业场景中，后方管理平台需要与车载移动终端进行数据交互，以完成车辆集群的协同调度和状态监管，常规监控管理系统通常依托地面蜂窝网络进行集中管理，通过周期性轮询采集车辆的位置和姿态信息、作业耗材储量、动力能源状态以及现场环境综合风险指数，再由管理中心统一分解作业任务、规划协同路径并向各车辆下发控制指令，随着作业范围逐渐延伸至复杂环境，单一公网难以持续覆盖全部作业区域，特种车辆通常同时配置公网蜂窝链路、卫星通信链路与自组网链路，不同通信链路在带宽、传输时延和误码率等方面存在明显差异，在恶劣环境下通信质量还可能突然下降，如果传统调度系统仍采用全量状态参数的高频轮询方式，大量管理报文同时传输容易造成信道拥塞和丢包，使管理平台显示的车辆状态滞后于现场实际状态，进而造成基于过时数据作出的调度决策出现偏差。

2、面对多模通信信道质量的剧烈波动，仅依靠底层传输通道的物理组合难以保障业务可靠性，现有的调度控制机制仍存在一定局限性，例如，公开号为cn119835698a的中国发明专利申请公开了一种用于卫星融合网络的云边协同智慧调度方法，主要面向传统it计算任务，依据静态阈值决策将计算负荷在边缘节点与中心云之间进行单向二元卸载，然而，特种作业现场具有强机动性与剧烈动态拓扑演变特征，不仅随时面临网络完全阻断引发的拓扑分裂，且调度主体必须结合车辆载荷、剩余能耗与防爆等级等实体物理约束，当通信链路质量下降并造成网络拓扑分裂时，部分车辆可能需要脱离中心平台独立作业，现有系统由于缺少分级的调度权限仲裁机制，现场车辆之间难以自行建立局部调度流程，容易造成协同作业停滞，网络重新恢复连接后，如果中心平台与现场车辆保存的调度状态在版本和时序上不一致，还容易出现任务重复派发和工序脱节的问题，此外，现有调度模型通常以车辆机动时间或空间距离作为单一优化指标，没有将通信模态切换产生的资费和能耗开销纳入调度决策，因而难以同时兼顾作业时效和通信资源消耗。

3、因此，如何在不同通信链路性能存在差异且持续变化、网络拓扑可能发生动态分裂的情况下，根据通信传输阻抗调整管理方式和报文传输方式，并在网络重新连接时消除多个调度端之间的状态分歧，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种多模通信特种车辆集群协同调度监控管理方法，包括以下步骤：

2、步骤s101，中心调度监控管理平台与车载协同终端采集车辆集群的作业工况数据与多模通信链路质量数据，据此构建各通信模态的综合传输阻抗指标并生成管理链路代价，同时提取作业能力评估向量；

3、步骤s102，根据节点间的管理链路代价计算集群通信连通熵，在集群通信连通熵大于预设阈值时切入分级自治模式，依据子网节点的平均链路阻抗、算力余量及功能权重确立局部协调主节点；

4、步骤s103，由仲裁主节点获取特种作业任务集合，以最小化任务时延、耗材偏差及通信开销为目标，在动力续航、载荷上限与环境安全约束下求解多目标调度规划模型，输出协同调度分配矩阵；

5、步骤s104，仲裁主节点依据语义属性将调度管理数据流划分为安全截断类紧急指令、任务流转类关键指令与状态追踪类常规遥测数据，分别实施多模并发广播、阻抗优选路由与差分压缩分发；

6、步骤s105，各特种车辆与中心调度监控管理平台维护逻辑时钟版本向量，在网络重连时交换逻辑时钟版本向量对齐时序，在检测到并发冲突时依据安全优先级覆盖冲突状态或下发差分回滚指令同步全局调度状态。

7、优选的，步骤s102中计算集群通信连通熵及确立局部协调主节点的具体步骤包括：步骤s1021，构建集群多模综合可达性拓扑图，将任意两节点之间全部连通模态的加权管理链路代价的倒数求和后再取倒数，得出两节点间的等效传输代价；步骤s1022，对全网全部节点对之间的等效传输代价实施以预设归一化参考阻抗标量为底数的负指数衰减计算，并计算衰减结果的全网平均值，得出全局通信连通度；步骤s1023，基于全局通信连通度计算表征拓扑不确定性的信息熵，得出集群通信连通熵；步骤s1024，在分级自治模式下，各节点计算自身与子网内其余节点的等效传输代价的负指数衰减均值，并与自身车载算力余量评分及车辆功能权重进行线性加权，得出领导力仲裁评分，选取子网内评分最高的特种车辆作为局部协调主节点接管现场调度权限。

8、优选的，步骤s103中多目标调度规划模型的目标函数构建方式为：第一目标项设定为特种车辆沿预设安全路径机动到达任务地点的预计耗时与现场作业耗时之和相对任务超时基准标量的归一化比值；第二目标项设定为特种车辆当前作业耗材剩余量相对所指派任务额定耗材需求的偏差平方项；第三目标项设定为特种车辆与当前仲裁主节点通信时所选定最优模态的加权管理链路代价相对预设信道综合代价极大值标量的归一化比值；对第一目标项、第二目标项与第三目标项分别乘以预设的第一目标偏好权重、第二目标偏好权重与第三目标偏好权重后实施线性加权求和，构成联合极小化目标函数，其中第一目标偏好权重、第二目标偏好权重与第三目标偏好权重之和等于1。

9、优选的，步骤s103中多目标调度规划模型的约束条件包括：任务唯一性分配约束，限定每个特种作业任务由一台且仅由一台特种车辆承担；单车负载容量上限约束，限定单台特种车辆所分配的全部特种作业任务的额定耗材需求总和不大于该车辆的作业耗材剩余容量；环境安全准入硬性约束，限定特种作业任务所在区域的环境综合风险指数不大于所指派特种车辆的预设安全防护等级阈值。

10、优选的，步骤s104中管理数据流划分与分发方式为：安全截断类紧急指令包含任务终止代码与紧急避险坐标，在公网蜂窝链路、卫星通信链路与自组网链路上并发多路广播，无需传输层应答确认；任务流转类关键指令包含任务标识、车辆指派标识、目标时空路径及工序协同约束，经由综合传输阻抗最小的单一最优模态链路下发，并开启传输层显式状态确认回执与超时重传机制；状态追踪类常规遥测数据包含连续位姿轨迹与工况采样数据，在宽带公网或宽带自组网链路可用时全量传输，在仅有窄带卫星链路可用时激活增量差分压缩机制。

11、优选的，步骤s104中增量差分压缩的具体步骤包括：步骤s1041，车载协同终端缓存上一周期已成功上报的各工况参数基准值；步骤s1042，在当前控制采样周期，计算当前采集的工况参数相对工况参数基准值的变化幅度；步骤s1043，当变化幅度大于预设死区阈值时，生成包含参数变化量的差分增量字段并打包上报，并将工况参数基准值更新为当前采集的工况参数；步骤s1044，当变化幅度不大于预设死区阈值时，保持工况参数基准值不变并取消该工况参数在当前控制采样周期的上报动作。

12、优选的，步骤s105中维护逻辑时钟版本向量的具体步骤包括：步骤s1051，特种车辆在发生本地调度状态迁移时将本地逻辑时钟分量递增；步骤s1052，在多模通信链路上发送调度管理报文时附带当前逻辑时钟版本向量；步骤s1053，接收端在接收到调度管理报文后，对接收到的逻辑时钟版本向量与本地维护的逻辑时钟版本向量的各对应分量取极大值，更新本地维护的逻辑时钟版本向量。

13、优选的，步骤s105中冲突仲裁与差分回滚的具体步骤包括：步骤s1054，在网络重连时比对中心调度监控管理平台与本地车载协同终端的逻辑时钟版本向量；步骤s1055，当判定两端逻辑时钟版本向量存在不可比分歧时，读取产生冲突的任务指令所包含的安全处置级别与生成时间戳；步骤s1056，当现场自治指令的安全处置级别高于中心指令的安全处置级别时，由中心调度监控管理平台废弃自身的冲突指令并以现场状态实施全局覆盖；步骤s1057，当现场自治指令的安全处置级别与中心指令的安全处置级别相同时，以生成时间戳更新的有效指令为准，并向处于状态冲突的特种车辆下发差分回滚指令以复位本地任务状态机。

14、优选的，步骤s101中采集作业工况数据的具体步骤包括：步骤s1011，采集特种车辆的作业耗材剩余容量比例、燃油与动力电池综合荷电状态比例、车载特种装备自检就绪评分及所处空间网格的环境综合风险指数；步骤s1012，将作业耗材剩余容量比例、燃油与动力电池综合荷电状态比例、车载特种装备自检就绪评分及环境综合风险指数分别归一化映射为0至1区间内的数值，组合构建表征单车动态作业能力的作业能力评估向量。

15、相对于现有技术，本发明多模通信特种车辆集群协同调度监控管理方法，具有以下优势：

16、1、在多模通信特种车辆集群协同调度监控管理中，通过综合传输阻抗和管理链路代价反映不同通信链路的实际承载情况，使管理数据的传输能够随通信条件变化进行调整，在网络带宽受限或链路质量下降时，对状态追踪类常规遥测数据采用增量差分压缩，减少无变化数据的重复上报，从而将有限的通信资源优先用于安全截断类紧急指令和任务流转类关键指令，由此可以减轻大量管理数据集中传输造成的通信拥塞，降低链路质量下降对现场状态监控的影响，使调度指令能够保持正常传输，并提高特种作业现场监控信息的连续性和及时性。

17、2、通过集群通信连通熵判断集群当前的通信状态，使集中管控与分级自治模式能够根据网络连接情况进行切换，当公网链路中断或通信质量下降并造成网络拓扑分裂时，由局部协调主节点接管现场调度权限，使特种车辆在暂时无法与中心调度监控管理平台保持正常通信的情况下，仍能够在局部网络内继续完成任务协调和指令流转，减少通信中断造成的现场调度停滞和管理脱节，保持特种作业过程中协同调度的连续性和稳定性。

18、3、通过多目标调度规划模型同时考虑任务完成时延、作业耗材和通信开销，并结合动力续航、载荷上限及环境安全等约束进行任务分配，使车辆调度不再只考虑机动时间或距离，还能够兼顾不同通信链路带来的资源消耗，这样既能够满足特种作业的时效和安全要求，又可以减少对高成本卫星通信链路的不必要占用，在任务推进效率与通信资源消耗之间取得更合理的平衡。