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% === 引用上标格式 ===
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% === 竞赛信息 ===
\title{山区洪涝灾害下无人机运输与通信协同优化\\ ——基于等效航程能耗模型与中继布设的联合调度设计}
\baominghao{[参赛队号]}
\schoolname{[学校名称]}
\membera{[成员A]}
\memberb{[成员B]}
\memberc{[成员C]}

\begin{document}

\maketitle

% === 摘要 ===
\begin{abstract}

本文针对广西横州市镇龙乡山区洪涝灾害场景下的应急物资无人机运输与全程通信
保障问题，按单点组批、异构机队调度、运输与中继联合调度、任务分区与资源配置
四个层次递进建立优化模型，并以数字高程模型、无人机与电池参数和通信链路参数
逐问求解、逐级校验。全部计算基于 Python 实现，飞行时间、能耗与通信链路均按
题给统一规则建模，任一结果均可由随附脚本复算。

\textbf{问题一：单点往返最大安全载荷与货箱组批。}以等效航程法把水平飞行能耗
折算为可用电量乘以航程与等效航程之比，叠加爬升能耗与返航安全裕度
百分之二十的约束，对三机型与十五服务区组成的四十五个组合逐一二分求最大安全载荷。
结果中 A 型全部取质量上限 25\,kg，B 型取 30\,kg（仅 S008 受能量约束降为
约 28.9\,kg），C 型多数取 80\,kg，而 S002、S003、S004、S008、S012 五个远区
受能量约束，分别为 69.0、68.4、63.9、59.2、68.2\,kg。按机型与服务区组批共
18 架次，总能耗 59.02\,kWh，累计作业时间约 9.1\,h，各架次返航荷电状态均不低于
百分之二十。安全余量扫描表明，余量比例由 0.2 升到 0.35 时架次由 18 增至 25，
能耗由 59.02 升至 77.63\,kWh，增幅约 31.5\%，安全与效率存在明确权衡。

\textbf{问题二：异构无人机多点多架次调度。}以架次为决策单元，按时限贪心组批
生成初始解并拆出紧急架次，并行比较模拟退火、遗传算法、自适应大邻域搜索、
禁忌搜索与 GRASP 五类元启发式，再以图注意力强化学习（池负载均衡辅助奖励，
自学习穿越完工非单调走廊）、宽带束搜索（接受完工暂升—池负载均衡回升的中间态）
与多区合并算子（一趟顺访两区、省去往返 O01 的重复航段）逐级精炼，收敛 Pareto
前沿。调度层按截止期优先，并耦合无人机与电池双资源就绪队列求可行派单；评估按
严格口径执行，\textbf{每个货箱的投递时刻所属服务区必须与其箱号归属区一致}（区
一致零违例），凡"捎带"结算者一律判不可行。选取零迟到的精炼冠军方案：24 架次，
其中 A 型 11、B 型 7、C 型 6，完工时间约 109.5\,min（6571.4\,s），总能耗
69.13\,kWh，全部 80 箱按各自时限、投送至各自指定服务区交付，加权迟到为零
（调度明细见表 \ref{tab:p2flights}）。
相较传统元启发式同架数方案（25 架次、7113\,s、70.28\,kWh）完工提前约
9.0\,min（7.6\%）且能耗降低 1.15\,kWh（1.6\%）；结构上三池返场上限
（A 6274/B 6571/C 6233\,s）均衡化、消除了单池瓶颈，完工由 B 池链条决定并达到
该口径下的下确界；若以能耗为
先，可选用 21 架次方案（约 130.6\,min、64.48\,kWh，严格口径）或
20 架次方案（约 129.7\,min、67.45\,kWh）。

\textbf{问题三：通信约束下运输与中继联合调度。}建立频率 2400\,MHz 的自由空间
传播加地形遮挡的电波模型，接收门限为负 90\,dBm，直连、接入、回程链路上限为
122、116、126\,dB，并按 30\,m 步长沿航线逐点判定遮挡。覆盖采样确定三个中继
布设点，W 点服务西与北片区，E 点服务东片区，N 点服务 S004；对问题二精炼
冠军（24 架次、完工 6571.4\,s）沿航线审核得到 1394 个需中继采样点，初始布设
即实现全覆盖（覆盖不良为零）、运输无需平移。以该方案为运输层输入，两架中继按
时间分片复用：W 点单班，服务时段 686 至 6777\,s（能耗 2.091\,kWh）；E 点
服务时段 760 至 3354\,s，能耗 0.986\,kWh；N 点服务时段 2562 至 3289\,s，
能耗 0.483\,kWh，中继合计约 3.56\,kWh，回程链路全部可行，各班能耗均低于
单架次能源上限。需指出，E 点与 N 点需求窗口重叠 727\,s，两架中继的机器级
排班需时段协调或增配第 3 架才能实现双点同时服务（详见第\ref{sec:p3}节）。
联合完工由中继 W 撤离时刻 7077\,s（约 118.0\,min）决定
（运输返场 6571.4\,s 早于中继撤离），中继约束引入的完工代价约 506\,s，
全部 80 箱仍按各自时限投送至指定服务区交付、加权迟到为零，覆盖盲区为零。

\textbf{问题四：任务分区与资源配置。}按中继覆盖结构给出
三组与两组两种分区（24 架次中三趟多区架次把直连区与所在片区按趟绑定
同组：f37 将 S006/S014 绑至东片、f38/f39 将 S011/S006 与西区绑至西片，无跨片
冲突），对每组以最小机队搜索
确定机型与电池数量，再叠加冗余备份核算库存。结果表明，若按组完全独立配置，
两种分区均超出库存，例如两组方案需 A 型机 6 架超出 2 架、B 型机 5 架超出
3 架、C 型机 5 架超出 3 架、中继 6 架超出 4 架、能源组件 10 组超出 4 组；
分三组时重复配置更多。给定库存下
更优组织为任务分区、资源池化，即分区仅用于任务组织，机队与中继仍集中调度并
时间分片复用，问题三的协同方案以 8 架运输机、14 组电池、2 架中继恰好满足库存，
实现零迟到与通信位置级零盲区；若坚持独立配置，需增配 A 型机 2 架、B 型机 3 架、
C 型机 3 架、A 型电池 2 至 3 组、B 型电池 3 组、C 型电池 2 至 3 组、
中继 4 至 5 架与能源组件 4 组。

\textbf{灵敏度分析}表明模型结论稳健：安全余量扫描复现安全效率权衡并呈现机型
结构切换；多目标权重在合理范围内只改变拆分粒度，不改变 C 型瓶颈结构；中继
W 点最长连续服务约 101.5\,min，占单架次能源上限对应时长约 140\,min 的 72.5\%，
悬停功率扰动正负百分之十后方案不变；通信余量统计中 W 点最紧 1.00\,dB、E 点
1.11\,dB、N 点 9.40\,dB，三个布设点均无低于 1\,dB 的采样点，余量下压 1\,dB
仅个别采样点接近门限，布设方案整体对链路参数不敏感。

\keywords{无人机调度\quad 等效航程能耗模型\quad 禁忌搜索\quad 中继布设\quad 任务分区\quad 通信保障}
\end{abstract}

\pagestyle{plain}

% === 正文 ===
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% === AI 工具使用声明（2026 规定第 3 条：参考文献之前）===
\input{sections/AI_declaration}

% === 参考文献 ===
% 参考文献均取自题目给出的公开资料清单，与正文引用一一对应。
\begin{thebibliography}{99}
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\bibitem{refXinhua2} 新华每日电讯. 三进``孤岛乡''[EB/OL]. 2026-07-12[2026-08-07]. https://www.news.cn/local/20260712/8bd1f64af3124569b5cf4415fc013acd/c.html.
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\end{thebibliography}

% === 附录 ===
\begin{appendices}
\input{sections/B_support}
\input{sections/A_code}
\end{appendices}

\end{document}