Unmanned air vehicle routing with multiple objectives
Çok amaçlı insansız hava aracı rotalama
- Tez No: 690919
- Danışmanlar: PROF. DR. MERAL AZİZOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ DİCLEHAN TEZCANER ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Evrimsel programlama, Karma tamsayılı programlama, Karışık tam sayılı doğrusal programlama, Metasezgiseller, Çok amaçlı programlama, Çok kriterli optimizasyon, Evolutionary programming, Mixed integer programming, Mixed integer linear programming, Metaheuristics, Multiobjective programming, Multi criteria optimization
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA), içinde insan pilot olmadan çalışan özel uçak türleridir. Bu tezde, çok amaçlı İHA rota planlaması üç farklı problem çalışılarak ele alınmaktadır. İlk çalışmada, radarlar tarafından izlenen bir düşman bölgesinde bulunan tüm hedefleri ziyaret etmekle görevlendirilen bir İHA'nın iki amaçlı rota planlama problemi ele alınmıştır. Problemin amacı toplam uçuş süresini ve tespit edilme riskini en aza indirecek şekilde hedeflerin ziyaret sıralarına ve ardışık hedefler arasında kullanılan güzergahlara karar vermektir. İHA'nın hareket ettiği arazi, hedefler arasında sonsuz sayıda bağlantı seçeneğine izin veren sürekli uzay olarak kabul edilmektedir. Problemin çözümü için, herhangi birçok amaçlı optimizasyon problemi için de kullanılabilecek genel bir tercih tabanlı çok amaçlı evrimsel algoritma geliştirmekte ve bunu İHA rota planlama problemine uyarlamaktayız. İkinci çalışmada, hedef bölgelerden bilgi toplamayı maksimize etme ek bir amaç fonksiyonu olarak göz önünde bulundurulmakta ve ilk çalışmadaki problem genişletilmektedir. Problemin çözümü için ilk çalışmada geliştirilen evrimsel algoritma problemin özelliklerine göre uyarlanmaktadır. Her iki çalışmada da sonuçlar, geliştirilen algoritmanın Pareto-optimal yüzeyin tercih edilen bölgelerine yakınsayabildiğini, tüm Pareto-optimal yüzeyin yapısı ve konumu hakkında genel bir fikir sağladığını ve tercihlerdeki değişikliklere hızlı bir şekilde uyum sağlayabildiğini göstermektedir. Üçüncü çalışmada, İHA rota planlama problemi, zamana bağlı ödülleri olan çok amaçlı, çok bağlantılı bir oryantiring problemi olarak ele alınmıştır. Bu problem için bir rota planı, hangi hedeflerin ziyaret edileceğine, seçilen hedeflere ziyaret sırasına ve ardışık olarak ziyaret edilen hedefler arasında izlenecek güzergahlara ilişkin kararları içerir. Amaçlar, toplam uçuş süresini ve radar algılama tehdidini en aza indirirken, operasyon alanından toplanan bilgiyi en üst düzeye çıkarmaktır. Bu problem ele alınırken, hedefler arasındaki sonsuz sayıda bağlantı seçeneğini temsil edecek bir bağlantı seti ile İHA'nın sürekli hareket alanı ayrıklaştırılmaktadır. Çözüm için ilk olarak bir karma tam sayılı programlama modeli formüle edilmekte ve ardından modelin hesaplama gereksinimlerini azaltmak için bir hibrit algoritma geliştirilmektedir. Hibrit algoritma, optimal çözüme yaklaşan bir sezgisel rota arama algoritmasından ve optimal amaç fonksiyonu değeri için bazı sınırlar bulan ve hesaplama gereksinimleri açısından daha yönetilebilir bir MIP modelinden oluşmaktadır. Sonuçlar, geliştirilen algoritmanın kesin modelin hesaplama gereksinimlerini azalttığını göstermektedir. Geliştirilen çözüm yöntemleri ABD'nin Colorado eyaletindeki bir olay incelemesi ile örnek olarak gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are special types of aircraft operating without a human pilot on board. In this thesis, the multi-objective UAV route planning is addressed by studying three different problems. In the first study, the bi-objective route planning problem of a UAV that is tasked with visiting all targets located in an enemy region monitored by radars is addressed. The aim is to determine both the visiting order of the targets and the specific trajectories to use between consecutive target pairs that minimize the total flight duration and risk of being detected. The terrain the UAV moves is considered as continuous terrain allowing infinitely many trajectory options between targets. We develop a generic preference-based multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) that can be used for any multi-objective optimization problem, and adapt it to the UAV route planning problem. In the second study, the first study is extended by considering an additional objective that is maximizing the collected information. We address this problem adapting the MOEA developed in the first study. In both studies, the results show that the developed algorithm is able to converge to preferred regions of the Pareto-optimal frontier, provide a general idea on the structure and positioning of the entire Pareto-optimal frontier, and adapt to the changes in preferences quickly. In the third study, the UAV route planning problem is considered as a multi-objective, multi-connection orienteering problem with time dependent prizes. A route plan involves the decisions of which targets to visit, the order of visit to the selected targets, and the trajectories to follow between consecutively-visited targets. The objectives are maximizing the collected information from the operation area while minimizing the mission time and the radar detection threat on the entire route. We discretize the continuous movement space of the UAV by representing infinitely many efficient trajectories between target pairs with a finite trajectory set. We first formulate a mixed integer programming (MIP) model and then develop a hybrid algorithm to decrease the computational requirements of the model. The hybrid algorithm consists of a heuristic route search algorithm that approximates the optimal solution and a more manageable MIP model that finds some bounds for the optimal objective function value. The results show that the developed algorithm is able to reduce the computational requirements of the exact model. A demonstration on the Colorado state of the U.S. is performed as a case study.
Benzer Tezler
- Gözetim ve keşif amaçlı çoklu insansız hava aracı rota planlaması
Multiple unmanned aerial vehicle route planning for surveillance and reconnaissance
ESRA KARAGÜMÜŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiMilli Savunma ÜniversitesiHarekat Araştırması Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERPİL EROL
- Kablosuz endüstriyel nesnelerin interneti örgü ağları için kanal atama
Channel assignment for wireless industrial internet of things mesh networks
ABDULLAH SALİH BAYRAKTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGebze Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASARİ ÇELEBİ
- İnsansız hava araçlarında araç rotalama problemi
On vehicle routing problem of unmanned air vehicles
DİLARA AYBALA ELMAS
- İnsansız hava araçlarının rota planlaması için bir karar destek sistemi
A decision support system for the route planning of ummanned air vehicles gendarmerie forces
SERCAN KOCABAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Savunma ve Savunma TeknolojileriKara Harp Okulu KomutanlığıHarekat Araştırması Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVRİYE GENCER
- Çoklu insansız hava araçları arası altyapısız ağlar için yeni bir konum bilgisi paylaşımlı ve yönlü ortam erişim kontrol protokolü
A novel location oriented directional medium access control protocol for ad hod unmanned air vehicle networks
ŞAMİL TEMEL
Doktora
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu KomutanlığıBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER BEKMEZCİ