Оптимизация количественного состава и маршрутов полета группы легких беспилотников

Авторы

Калашников А. И.^*, Моисеев Д. В.^**, Зонов Н. И.^***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: alex-aka@mail.ru
**e-mail: moiseev801@mail.ru
***e-mail: navicontr@mail.ru

Аннотация

В статье сформулирована, исследована и решена оптимизационная задача определения количественного состава и маршрутов полета группы легких беспилотников с учетом действия ветра. Предложена методика, предусматривающая постановку и решение указанной задачи как двухкритериальной задачи булева линейного программирования. В качестве минимизируемых критериев рассмотрено количество аппаратов и время облета заданных своим положением группы локальных объектов. Предложенная методика обеспечивает нахождение оптимального по Парето множества решений. Показано, что указанное множество имеет характерные особенности, позволяющие в дальнейшем сравнительно легко давать обоснованные рекомендации по выбору из него конкретного рационального решения. Исследовано влияние постоянного для зоны полета ветра на получаемые результаты. Моделирование подтвердило работоспособность предложенной методики и реализующего ее программно-алгоритмического обеспечения.

Ключевые слова:

группа беспилотников, планирование маршрутов полета, Парето оптимальное множество, двухкритериальность

Список источников

1. Гончаренко В.И., Желтов С.Ю., Князь В.А., Лебедев Г.Н., Михайлин Д.А., Царева О.Ю. Интеллектуальная система планирования групповых действий беспилотных летательных аппаратов при наблюдении наземных мобильных объектов на заданной территории // Известия РАН. Теория и системы управления, 2021, № 3, с. 39 – 56.
2. Себряков Г.Г., Красильщиков М.Н., Евдокименков В.Н. Алгоритмическое и программно-математическое обеспечение предполетного планирования групповых действий беспилотных летательных аппаратов // Фундаментальные проблемы группового взаимодействия роботов: материалы отчетного мероприятия РФФИ по конкурсу “офи-м” (тема 604) в рамках международной научно-практической конференции. Волгоград, 2018. С. 30–32.
3. Дивеев А.И., Конырбаев Н.Б. Управление группой квадрокоптеров методом вариационного аналитического программирования // Труды МАИ. Электрон. журн. 2017. № 96. URL: https://trudymai.ru/upload/iblock/020/Diveev_Konyrbaev_rus.pdf?lang=ru&issue=96
4. Гончаренко В.И., Лебедев Г.Н., Михайлин Д.А. Задача оперативной двумерной маршрутизации группового полета беспилотных летательных аппаратов // Известия РАН. Теория и системы управления, 2019, № 1, с. 153 – 165.
5. Моисеев В.С. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов: монография. – Казань: Редакционно-издательский центр «Школа», 2017. 572 с.
6. Моисеев В.С. Основы теории эффективного применения беспилотных летательных аппаратов: монография. – Казань: Редакционно-издательский центр «Школа», 2015. 444 с.
7. Максимов Н.А. Модель планирования группового полета и взаимодействия беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в условиях деградации группы // Научно-технический вестник Поволжья. 2019. № 6. С. 24 – 29.
8. Mustapha Bekhti, Marwen Abdennebi, Nadjib Achir, Khaled Boussetta. Path Planning of Unmanned Aerial Vehicles With Terrestrial Wireless Network Tracking. Wireless days 2016, Mar 2016, Toulouse, France. pp. 2 – 14.
9. Фам С.К. Методика планирования полета легкого беспилотного летательного аппарата: диссертация на соискание ученой степени канд. технических наук: 5.13.01 – Москва, 2013. – 155 с.
10. Kivelevitch, E.; Sharma, B.; Ernest, N.; Kumar, M.; Cohen, K. A Hierarchical Market Solution to the Min-Max Multiple Depots Vehicle Routing Problem. Unmanned Syst. 2014, 2, 87–100.
11. Multi-UAV Coverage Path Planning for the Inspection of Large and Complex Structures IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), October 25-29, 2020, Las Vegas, NV, USA, pp. 1480 – 1486.
12. Калашников А.И., Моисеев Д.В. О рациональном формировании маршрута полета легкого беспилотника с учетом его динамических характеристик // Тезисы докладов 26-ой Международной научной конференции "Системный анализ, управление и навигация», с 3 июля по 10 июля 2022 г., Евпатория, Крым, Россия. – М.: Изд-во МАИ, 2022 – С.84–86.
13. Toth P., Vigo D. The Vehicle Routing Problem; Society for Industrial and Applied Mathematics: Philadelphia, PA, USA, 2002.
14. Моисеев Д.В., Таргамадзе Р.Ч., Фам С.К. О рациональном выборе замкнутого маршрута полета легкого летательного аппарата с учетом прогноза ветра //  «Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», 2012, №3, с. 76 – 83.
15. Бобронников В.Т., Козорез Д.А. Системный анализ и управление организационно-техническими системами: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2024. – 188 с.
16. Малышев В.В. Методы оптимизации в задачах системного анализа и управления: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010. – 440 с.
17. Салмин В.В. Методы системного анализа и исследования операций в задачах проектирования летательных аппаратов: Учебн. пособ. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. – 272 с.
18. Моисеев Д.В., Моисеева С.Г., Односталко И.А. Координированная маршрутизация полета группы легких беспилотных летательных аппаратов с учетом ветра в зоне полета // Тезисы докладов 22-ой Международной научной конференции "Системный анализ, управление и навигация», со 2 июля по 9 июля 2017 г., г. Евпатория, Крым, Россия. – М.: Изд-во МАИ, 2017 – С.153-154.
19. Gustavo S.C. Avellar, Guilherme A.S. Pereira, Luciano C.A. Pimenta, Paulo Iscold Multi-UAV Routing for Area Coverage and Remote Sensing with Minimum Time. Sensors. 2015, 15, 27783-27803; doi: 10.3390/s151127783.
20. Моисеев Д.В., Чинь В.М. Вычислительные аспекты и прикладное программное обеспечение оптимальной маршрутизации полета легкого беспилотного летательного аппарата в поле постоянного ветра // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №3 (2017) http://naukovedenie.ru/PDF/102TVN317.pdf

Скачать статью