اختصاص وظایف به پهپادهای همکار در یک محیط دینامیکی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم‌ و ‌صنعت، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم ‌و‌ صنعت، تهران، ایران

چکیده

با توسعه­ی روز­افزون سیستم­های هم­کار در دهه­های اخیر، توجه به ایجاد راهکار برای انجام بهینه و مناسب مأموریت­ها، بیش­تر از همیشه مورد نیاز می­باشد. سیستم­های هم­کار، هم­چون ربات­ها و پهپاد­ها در بسیاری از مأموریت­های هم­کاری هم­چون عکس­برداری و نقشه­برداری هوایی و ارائه­ی خدمات شهری مورد استفاده قرار می­گیرند. اختصاص وظایف و طراحی مسیر، دو شاخه­ی مهم در مسائل هم­کار برای ایجاد بستر مناسب هم­کاری هستند. در این مقاله، یک الگوریتم سلسله­مراتبی اختصاص وظایف برپایه­ی برنامه­ریزی خطی صحیح توسعه داده شده است. هدف از این پژوهش، ارائه­ی راهکاری جامع به منظور حل مسأله­ی اختصاص وظایف با در نظر گرفتن وجود وظایف چندگانه برروی اهداف متحرک خواهد بود. اهداف در این پژوهش به صورت ذرات متحرک که در­هر مرحله از اجرای مسأله­ی اختصاص، دارای موقعیت متفاوت می­باشند، فرض شده است. تمام محدودیت­های زمانی و غیر­زمانی مورد نیاز این مسأله، به طور کامل خطی­سازی شده و در طول روند حل، تمامی آن­ها ارضا خواهند شد. با در نظر گرفتن زمان بیشینه­ی حرکت مناسب هر­پهپاد، اولویت­های مد­نظر و تعیین نحوه­ی حرکت اهداف و عامل­ها، به حل بهینه­ی اختصاص­های مدنظر پرداخته می­شود.مسـأله­ی پیشِ­رو ماهیتی غیرخطی دارد و با در نظر گرفتن رویکرد حل سلسله­مراتبی در هر پنجره­ی زمانی، خطی­سازی لازم در این زمینه ایجاد می­گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           Newcome L. R., Unmanned aviation: a brief history of unmanned aerial vehicles: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004.
[2]           Ghamry K. A., Kamel M. A. and Zhang Y., Multiple UAVs in forest fire fighting mission using particle swarm optimization, in Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2017 International Conference on, pp. 1404-1409, 2017.
[3]           Shakhatreh H., Sawalmeh A., Al-Fuqaha A., Dou Z., Almaita E., Khalil I., et al., Unmanned Aerial Vehicles: A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges, arXiv preprint arXiv:1805.00881, 2018.
[4]           Shima T. and Rasmussen S., UAV cooperative decision and control: challenges and practical approaches: SIAM, 2009.
[5]           Bellingham J., Tillerson M., Richards A. and How J. P., Multi-task allocation and path planning for cooperating UAVs, in Cooperative control: models, applications and algorithms, ed: Springer, pp. 23-41, 2003.
[6]           Richards A., Bellingham J., Tillerson M. and How J., Coordination and control of multiple UAVs, in AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, p. 4588, 2002.
[7]           Schumacher C., Chandler P. R., Pachter M. and Pachter L. S., Optimization of air vehicles operations using mixed-integer linear programming, Journal of the Operational Research Society, Vol. 58, pp. 516-527, 2007.
[8]           NI Y., ZHOU D.-Y., MA Y.-h., and HE B.-c., The Air-to-Ground Tasks Assignment for Multi-UAV based Mixed Integer Linear Programming [J], Fire Control and Command Control, Vol. 11, p. 017, 2008.
[9]           WANG H. and CHEN H., An Improved UAV Task Assignment Model with Time Constraints [J], Electronics Optics & Control, Vol. 2, p. 024, 2010.
[10]         Bellingham J., Kuwata Y. and How J., Stable receding horizon trajectory control for complex environments, in AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, p. 5635, 2003.
[11]         M. Gendreau, G. Laporte, and J.-Y. Potvin, Metaheuristics for the capacitated VRP, in The vehicle routing problem, ed: SIAM, pp. 129-154, 2002.
[12]         Alighanbari M., Task assignment algorithms for teams of UAVs in dynamic environments, PhD. Thesis,  Massachusetts Institute of Technology, 2004.
[13]         Mercker T., Casbeer D. W., Millet P. T. and Akella M. R., An extension of consensus-based auction algorithms for decentralized, time-constrained task assignment, in American Control Conference (ACC), 2010, pp. 6324-6329, 2010.
[14]         Brunet L., Choi H.-L. and How J., Consensus-based auction approaches for decentralized task assignment, in AIAA guidance, navigation and control conference and exhibit, p. 6839, 2008.
[15]         Lin L., Qibo S., Shangguang W. and Fangchun Y., Research on pso based multiple uavs real-time task assignment, in Control and Decision Conference (CCDC), 2013 25th Chinese, pp. 1530-1536, 2013.
[16]         Shima T. and Schumacher C., Assignment of cooperating UAVs to simultaneous tasks using genetic algorithms, in AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, p. 5829, 2005.
[17]         Kirkpatrick S., Gelatt C. D. and Vecchi M. P., Optimization by simulated annealing, science, Vol. 220, pp. 671-680, 1983.