بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله با رویکرد غیرمتمرکز سعی در کنترل تیمی از پهپادها را، با اعمال محدودیت برد ارتباطی را دارد. تمامی پهپادها همسان و دارای سرعت حرکت یکسان هستند. همچنین تعدادی تهدید در نقاطی از محیط، وجود دارند. هدف مورد نظر از همکاری پهپادها، کمینه کردن زمان مورد نیاز برای پیدا کردن تمامی تهدیدها است. این روش ناحیه مورد بررسی مسئله را، به چند قسمت تقسیم می-کند. به هر یک از این نواحی یک جزیره گفته میشود. در هر جزیره تعدادی پهپاد به منظور گشتزنی در آن ناحیه مستقر میشود.
به منظور تعیین جهت گشتزنی از تابع قطر استفاده میشود. همچنین به منظور غلبه بر محدودیت برد ارتباطی و تسریع در گشتزنی، از دو نوع ارتباط بهره برده شده است. یک نوع ارتباط به منظور استفاده در داخل هر جزیره استفاده شده است و نوعی دیگر به منظور برقراری ارتباط و انتقال اطلاعات در بین جزیرهها استفاده می شود.
در این رویکرد چنان چه تعدادی از پهپادهای عامل از بین بروند و یا به هر دلیلی از انجام وظیفه محوله باز بمانند - همانند سقوط و یا شارژ باطری - ، در کارکرد کل سیستم خللی وارد نمیشود و سیستم با تقسیم وظایف عاملهای از بین رفته، به درستی به کار خود ادامه میدهد. نتایج به دست آمده از شبیه سازیها حاکی از عملکرد بهینه این روش و همچنین قابل اعتماد بودن این روش در محیط شبیه سازی است.
مقدمه
منظور از گشتزنی1، تحت نظر گرفتن یک ناحیه از محیط به صورت مداوم به منظور کنترل و مراقبت آن ناحیه است. به صورت غیر رسمی میتوان گفت منظور از گشتزنی در یک ناحیه، مراقبت از تمام نقاط مهم آن ناحیه است. جستجوی کلونی مورچگان2 به منظور یافتن غذا، گروهی از پستچیها در رساندن نامهها و یا دستهای از سربازان دریایی یه منظور دیده بانی مواضع دریایی، همگی مثالهایی از گشتزنی و مراقبت هستند
به دلیل مزایای بسیار پهپاد3ها نسبت به هواپیماهای سرنشین دار، از جمله : کار در محیطهای خطرناک و پیچیده، نگهبانی و گشتزنی، داشتن اندازه کوچکتر، هزینه ساخت و نگهداری پایینتر، مصرف سوخت کمتر، وزن اندک و ... استفاده از پهپادها در دهههای اخیر به شدت افزایش یافته است.
کاربردهایی همانند نظارت بر ترافیک، مراقبت از مرزها، عملیات جستجو و نجات و شناسایی آتشسوزی در جنگلها
با توجه به ماهیتشان، به چندین پهپاد نیازمندند. ذات عملیات نظارت و گشتزنی همواره چند-عامله4 است. سیستمهای چند عامله باعث افزایش کارایی و بازده و افزایش پایداری و قابلیت وفق با هر اندازه عملیات، نسبت به کنترل مرکزی کلاسیک5 میشوند
در الگوریتمهای نظارت و گشتزنی دو رویکرد اساسی وجود دارد؛ اولین رویکرد به رویکرد تکرار محور6 مشهور شده است. در این رویکرد اطمینان داده میشود که هر نقطهای از محیط تحت نظارت، بصورت مکرر در فواصل زمانی گشتزنی میشود. در رویکرد دوم که رویکرد خصمانه7 نامیده میشود، هدف پهپادهای گشتزنی در این رویکرد به نحوی است که احتمال تشخیص و شناسایی تهدیدها و خطرات موجود در محیط بیشینه شود. در این میان برای گشتزنی ناحیه، برخی از پژوهشگران کل محیط را به عنوان یک ناحیه متصل8 در نظر میگیرند و برخی دیگر ابتدا محیط مورد نظر را افراز9 کرده و سپس به حل مسئله میپردازند.
در این مقاله به منظور رسیدن به شبیه سازی واقعی از الگوریتم ارائه شده، از رویکرد تکرار و خصمانه در کنار هم استفاده شده است. همچنین ناحیه مورد بررسی به قسمتهایی تقسیم شده است، که به هر یک از این قسمتها یک جزیره10 گفته میشود. همواره زمان مربوط به تشخیص تهدید و خطر دارای اهمیت اساسی در موفقیت و یا عدم موفقیت عملیات گشتزنی تلقی میشود، بنابراین پهپادها یاید به گونهای کنترل شوند که در اسرع زمان قادر به شناسایی تهدیدها باشند.
برخی از پژوهشگران الگوریتمهایی برای پیاده سازی در محیطهای شبکه بندی11 شده و برخی در محیطهای پیوسته12 پیشنهاد دادهاند، این مقاله براساس ماهیت واقعی عملیات گشتزنی که پیوسته است، محیط را بصورت پیوسته مورد گشتزنی و شناسایی قرار میدهد.
بیان مسئله
فرض کنید پهپادهای {U1, U2' … ' 8n} ناحیه S در R2 با مساحت A را باید مورد نظارت و گشتزنی قرار بدهند و چنانچه خطر یا تهدیدی در آن ناحیه مشاهده کردند، در سریعترین زمان ممکن آن را به اطلاع برسانند. در ابتدا احتمال ظهور تهدید در تمام نقاط یکسان است، بنابراین تمام ناحیه S باید به صورت دورهای و مکرر مورد گشتزنی قرار بگیرد. با وجود برد ارتباطی محدود13 برای هر پهپاد، اطلاعات مربوط به شناسایی و تشخیص توسط هر پهپاد باید به تمام اعضای تیم و یا یک عضو خاص منتقل شود.
در زمان t هر پهپاد Ui در فضای R3 دارای موقعیت pi - t - است، تصویر این موقعیت روی صفحه Z = 0 برابر ri - t - در R2 است. همچنین هر پهپاد دارای سرعت vi - t - در صفحه است. هر پهپاد یک مساحت دایرهای شکل Ci در R2 را که از روی محدوده پوشش حسگرci - t - 14، ارتفاع پهپاد در آن لحظه Zi - t - و زاویه میدان دید حسگرi - t - 15 مشخص می-شود را در هر لحظه تحت نظارت قرار میدهد
