Cybernetics And Systems Analysis logo
Інформація редакції Аннотації статей Автори Архів
Кібернетика і Системний Аналіз
Міжнародний Науково-Теоретичний Журнал
УДК 519.8
В.П. Горбулін, Л.Ф. Гуляницький, І.В. Сергієнко

ОПТИМІЗАЦІЯ МАРШРУТІВ КОМАНДИ БПЛА ЗА НАЯВНОСТІ АЛЬТЕРНАТИВНИХ
ТА ДИНАМІЧНИХ ДЕПО

Анотація. Запропоновано змістовну постановку та математичні моделі проблем оптимізації маршрутів команди безпілотних літальних апаратів (БПЛА) під час обстеження чи обслуговування заданої множини об’єктів за наявності альтернативних та динамічних депо (місць старту чи/або фінішу) і ресурсних обмежень. До таких проблем належать, зокрема, планування польотів БПЛА, що використовують рухомі платформи як депо. Критеріями оптимізації є як сумарна довжина маршрутів, так і кількість задіяних БПЛА. Розроблено та реалізовано алгоритми розв’язування сформульованих задач комбінаторної оптимізації, які базуються на оптимізації мурашиними колоніями, табу пошуку та повному переборі. Наведено результати обчислювального експерименту.

Ключові слова: оптимізація маршрутів, БПЛА, мурашині алгоритми, динамічні депо, табу пошук, ґремліни.



ПОВНИЙ ТЕКСТ

Горбулін Володимир Павлович,
академік НАН України, професор, перший віце-президент НАН України, Київ,
horbulin@nas.gov.ua

Гуляницький Леонід Федорович,
доктор техн. наук, завідувач відділу Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ,
leonhul.icyb@gmail.com

Сергієнко Іван Васильович,
академік НАН України, професор, директор Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, incyb@incyb.kiev.ua


СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Ponda S.S., Johnson L.B., Geramifard A., How J.P. Cooperative mission planning for multi-UAV teams. In: Valavanis K., Vachtsevanos G. (Eds). Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Dordrecht: Springer, 2015. P. 1447–1490.

  2. Otto A., Agatz N., Campbell J., Golden B., Pesch E. Optimization approaches for civil applications of unmanned aerial vehicles (UAVs) or aerial drones: A survey. Networks. 2018. Vol. 72, Iss. 4. P. 411–458.

  3. Горбулін В.П. Забезпечення оборони та безпеки України: актуальні проблеми і шляхи їх вирішення. Вісн. НАН України. 2019. № 9. С. 3–18.

  4. Coutinho W.P., Battarra M., Fliege J. The unmanned aerial vehicle routing and trajectory optimisation problem, a taxonomic review. Computers & Industrial Engineering. 2018. Vol. 120. P. 116–128.

  5. Zhao Y., Zheng Z., Liu Y. Survey on computational-intelligence-based UAV path planning. Knowledge-Based Systems. 2018. Vol. 158. P. 54–64.

  6. Гуляницький Л.Ф., Рибальченко О.В. Формалізація та розв’язування одного типу задач маршрутизації БПЛА. Теорія оптимальних рішень. 2018. № 17. С. 107–114.

  7. Perez-Carabaza S., Besada-Portas E., Lopez-Orozco J.A., Jesus M. Ant colony optimization for multi-UAV minimum time search in uncertain domains. Applied Soft Computing. 2018. Vol. 62. P. 789–806.

  8. Cekmez U., Ozsiginan M., Sahingoz O.K. Multi-UAV path planning with multi colony ant optimization. In: International Conference on Intelligent Systems Design and Applications (2017, December). Cham: Springer, 2017. P. 407–417.

  9. Chiang W.C., Li Y., Shang J., Urban T.L. Impact of drone delivery on sustainability and cost: Realizing the UAV potential through vehicle routing optimization. Applied Energy. 2019. Vol. 242. P. 1164–1175.

  10. Binol H., Bulut E., Akkaya K., Guvenc I. Time optimal multi-UAV path planning for gathering ITS data from roadside units. In: 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall) (2018, August). IEEE, 2018. P. 1–5.

  11. Xu C., Duan H., Liu F. Chaotic artificial bee colony approach to uninhabited combat air vehicle (UCAV) path planning. Aerospace Science and Technology. 2010. Vol. 14, Iss. 8. P. 535–541.

  12. Tian G., Zhang L., Bai X., Wang B. Real-time dynamic track planning of multi-UAV formation based on improved artificial bee colony algorithm. In: 37th Chinese Control Conference (CCC) (2018, July). IEEE, 2018. P. 10055–10060.

  13. Shakhatreh H., Khreishah A., Alsarhan A., Khalil I., Sawalmeh A., Othman, N.S. Efficient 3D placement of a UAV using particle swarm optimization. In: 8th International Conference on Information and Communication Systems (ICICS) (2017, April). IEEE, 2017. P. 258–263.

  14. Austin R. Unmanned aircraft systems. UAVs design, development and deployment. West Sussex: John Wiley and Sons, 2010. 365 p.

  15. Tsourdos A., White B., Shanmugavel M. Cooperative path planning of unmanned aerial vehicles. West Sussex: John Wiley and Sons, 2011. 212 p.

  16. Shima T., Rasmussen S. UAV cooperative decision and control. Challenges and practical approaches. Philadelphia: SIAM, 2009. 186 p.

  17. Toth P., Vigo D. (Eds.). Vehicle routing: problems, methods, and applications. Philadelpia: SIAM, 2014. 462 p.

  18. Braekers K., Ramaekers K., Nieuwenhuyse I.V. The vehicle routing problem: State of the art classification and review. Computers & Industrial Engineering. 2016. Vol. 99. P. 300–313.

  19. Karakati S., Podgorelec V. A survey of genetic algorithms for solving multi depot vehicle routing problem. Applied Soft Computing. 2015. Vol. 27. P. 519–532.

  20. Soto M., Sevaux M., Rossi A., Reinholz A. Multiple neighborhood search, tabu search and ejection chains for the multi-depot open vehicle routing problem. Computers & Industrial Engineering. 2017. Vol. 107. P. 211–222.

  21. Горбулін В.П., Гуляницький Л.Ф., Сергієнко І.В. Постановки та математичні моделі проблем оптимізації маршрутів літальних апаратів із динамічними депо. Управляющие системы и машины. 2019. № 1. С. 3–10.

  22. Husseini T. Gremlins are coming: DARPA enters Phase III of its UAV programme. Army Technology, 3 July 2018. URL: https://www.army-technology.com/features/gremlins-darpa-uav-programme/.

  23. Гуляницкий Л.Ф. Проблема оптимизации маршрутов транспортных средств с временными окнами. Компьютерная математика. 2007. № 1. C. 122–132.

  24. Андерсон Дж. Дискретная математика и комбинаторика. Москва; СПб; Киев: ИД «Вильямс», 2003. 957 с.

  25. Dorigo M., Sttzle T. Ant colony optimization: Overview and recent advances. In: Handbook of Metaheuristics. Cham: Springer, 2019. P. 311–352.

  26. Sttzle T., Hoos H.H MAX-MIN ant system. Future Generation Computer Systems. 2000. Vol. 16, Iss. 8. P. 889–914.

  27. Гуляницький Л.Ф., Мулеса О.Ю. Прикладні методи комбінаторної оптимізації. Київ: ВПЦ «Київський університет», 2016. 142 с.

  28. Гуляницький Л.Ф. Новий алгоритм оптимізації мурашиними колоніями. Сучасна інформатика: проблеми, досягнення та перспективи розвитку: Пр. Міжн. конф., присвяченої 60-річчю заснування ІК ім. В.М. Глушкова НАН України (Київ, 13–15 грудня 2017 р.). Київ: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, 2017. С. 41–43.

  29. Mora A.M., GarcЗa-Sїnchez P., Merelo J.J., Castillo P.A. Pareto-based multi-colony multi-objective ant colony optimization algorithms: an island model proposal. Soft Computing. 2013. Vol. 17, Iss. 7. Р. 1175.–1207.
© 2020 Kibernetika.org. All rights reserved.