Метод оперативного планирования групповых действий летательных аппаратов в режиме "воздушного такси"

Обсуждается разработка алгоритмов оперативного планирования маршрутов группы летательных аппаратов (ЛА). Рассматриваются групповые действия малой и беспилотной авиации в режиме " воздушного такси" , когда не существует регулярного расписания полетов между пунктами назначения, а заявки поступают " по вызову" на перелеты в пункты, состав которых заранее неизвестен и носит случайный характер. Решается многокритериальная задача планирования группового полета в режиме " воздушного такси" . Предложено решение этой задачи с помощью аппарата теории массового обслуживания, согласно которой рассматриваемая система относится к классу многоканальных систем массового обслуживания с ожиданием. Предложен метод решения задачи оперативного планирования действий ЛА. Разработан алгоритм группового целераспределения новых заявок между ЛА на базе модифицированного минимаксного критерия назначения ближайшего ЛА для объекта с максимальным временем обслуживания. Разработанный алгоритм построен на основе следующих четырех основных операций: первая операция осуществляет выбор первоочередных необслуженных целей по критерию назначения динамического приоритета, вторая операция ранжирует сформированный список по другому критерию, учитывающему важность и суммарную удаленность каждого наземного объекта от группировки ЛА, третья операция выбирает объект с максимальным рангом, и для него решается задача назначения " своего" ЛА по третьему критерию максимальной близости, четвертая операция осуществляет проверку условий непересекаемости маршрутов группового полета. Разработана компьютерная модель системы обслуживания заявок в режиме воздушного такси. Разработанная модель позволяет анализировать различные алгоритмы диспетчеризации, а также определять на каждом шаге число свободных заявок и число свободных и занятых ЛА. Проведено сравнение известного в теории массового обслуживания и предложенного минимаксного подходов. Показано, что по сравнению с известными вариантами диспетчеризации в теории массового обслуживания на основе предложенного подхода достигается оптимальное число используемых ЛА.

1. Шибитов А. Б. Городская аэромобильность // Пленарные доклады 1-й Международной конференции "Беспилотные летательные аппараты" в рамках 19-й Международной конференции "Авиация и космонавтика" (24 ноября 2020 г., Москва). URL: http://aik.mai.ru (дата обращения: 03.02.2021).

2. Саати Т. Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения / Пер. с английского Е. Г. Коваленко. Под ред. И. Н. Коваленко и Р. Д. Когана. М.: Советское радио, 1965. 510 с.

3. Вентцель Е. С. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. 552 с.

4. Алиев Т. И. Основы моделирования дискретных систем. СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. 363 с.

5. Ким Н. В., Крылов И. Г. Групповое применение беспилотного летательного аппарата в задачах наблюдения // Труды МАИ. 2012. № 62. URL: http://mai.ru//upload/iblock/bbb/gruppovoe-primenenie-bespilotnogo-letatelnogo-apparata-v-zadachakh-nablyudeniya.pdf (дата обращения: 03.02.2021).

6. Ребров В. А., Рудельсон Л. Е., Черникова М. А. Модель сбора и обработки заявок на полеты в задаче планирования авиарейсов // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2007. № 3. С. 97—111.

7. Нечаев Е. Е., Суринт П. С. Анализ организации воздушного движения на аэродромах с низкой интенсивностью полетов в зарубежных странах // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2017. Т. 20, № 4. С. 59—68.

8. Evdokimenkov V. N., Krasilshchikov M. N., Kozorez D. A. Development of pre-flight planning algorithms for the functional-program prototype of a distributed intellectual control system of unmanned flying vehicle groups // INCAS Bulletin. 2019. Vol. 11, N. 1. P. 75—88. DOI: 10.13111/2066-8201.2019.11.S.8.

9. Ozlem Sahin Meric. Optimum Arrival Routes for Flight Efficiency // Journal of Power and Energy Engineering. 2015. N. 3. P. 449—452.

10. Kon’kova E. Yu., Rudel’son L. E., Chernikov P. E. Operative flow regulation in an automated system of air traffic management // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2006. Vol. 45, N. 4. P. 646—657.

11. Schouwenaars T., Moor B. D., Feron E., How J. Mixed integer programming for multi-vehicle path planning // Proc. of the European Control Conf. 2001. P. 2603—2608.

12. Rong Zhu, Dong Sun, Zhaoуing Zhou. Cooperаtion Strаtegy of Unmаnned Air Vehicles for Multitаrget Interception // J. Guidаnce. 2005. Vol. 28, N. 5. P. 1068—1076. DOI: 10.2514/1.14412.

13. Меркулов В. И., Миляков Д. А., Самодов И. О. Оптимизация алгоритма группового управления БЛА в составе локальной сети // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 3. С. 157—166.

14. Моисеев В. С. Групповое применение беспилотных летательных аппаратов: монография. Казань: РИЦ "Школа", 2017. 572 с.

15. Лебедев Г. Н., Гончаренко В. И., Царева О. Ю., Михайлин Д. А. Выбор множества приоритетных наземных объектов наблюдения с помощью беспилотных летательных аппаратов и маршрутизация их полета // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2019. № 2. С. 3—12. DOI: 10.14489/vkit.2019.02.pp.003-012.

16. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 112 с.

17. Гончаренко В. И., Лебедев Г. Н., Мартынкевич Д. С., Румакина А. В. Постановка задачи планирования маршрутов летательных аппаратов при обслуживании случайного потока поступающих в полете заявок // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2021. Т. 18, № 1. С. 17—27. DOI: 10.14489/vkit.2021.01.pp.017-027.

18. Левитин А. В. Жадные методы: Алгоритм Дейкстры // Алгоритмы. Введение в разработку и анализ = Introduction to The Design and Analysis of Aigorithms. М.: Вильямс, 2006. С. 189—195.

19. 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 Российской академии наук. Теория и системы управления. 2021. № 3. С. 64—81. DOI: 10.31857/S0002338821030057.

20. Лебедев Г. Н., Михайлин Д. А., Царева О. Ю., Чернякова М. Е. Многокритериальная оценка эффективности группового полета летательных аппаратов с помощью мультипликативной формы // Вестник ВГУ. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2020. № 2. С. 25—36.

21. Goncharenko V. I., Lebedev G. N., Mikhailin D. A. Online Two-Dimensional Route Planning for a Group of Unmanned Aerial Vehicles // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2019. Vol. 58, Iss. 1. P. 147—158. https://doi.org/10.1134/S1064230719010076.