Методы решения обзорно-поисковых задач с применением групп автономных необитаемых подводных аппаратов

• Автор: Туфанов, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание

Список условных сокращений

Введение

Глава 1. Современные методы, алгоритмы и модели управления группами АНПА

1.1. Методы решения прикладных задач с использованием одиночных АНПА и их групп

1.2. Существующие модели и алгоритмы для управления группами мобильных роботов

1.3. СПУ, обеспечивающие групповую работу АНПА

1.4. Выводы

Глава 2. Централизованное планирование миссии в группе АНПА

2.1. Постановка задачи планирования

2.2. Алгоритмы составления оптимального плана
2.2.1. Модификация алгоритма Хельда-Карпа
2.2.2. Эвристический алгоритм на основе аукционного метода
2.3. Дополнительные факторы модели
2.4. Выводы
Глава 3. Метод измерения параметра водной среды с заданной точностью, использующий группу АНПА
3.1. Формирование траектории обследования
3.2. Критерии смены шага меандра
3.3. Результаты моделирования
3.4. Обеспечение групповой работы
3.5. Выводы
Глава 4. Метод поиска и обследования локальных неоднородностей морской среды, использующий группу АНПА
4.1. Метод обследования локальных неоднородностей
4.2. Результаты моделирования

4.3. Групповая работа
4.4. Выводы
Глава 5. комплекс программ и реализация системы централизованного
управления на АНПА «МАРК»
5.1. Комплекс программ для имитационного моделирования работы группы

5.1.1. Структура комплекса
5.1.2. Модель среды
5.2. Реализация централизованного управления в составе СПУ АНПА
«МАРК»
5.2.1. Состав и архитектура СПУ
5.2.2 Средства обеспечения групповой работы в СПУ
5.3. Испытания СПУ в составе АНПА «МАРК»
5.3.1. Миссия «меандр»
5.3.2. Миссия «квадрат»
5.3.3. Миссия «зигзаг»
5.4. Выводы
Основные результаты работы
Список литературы

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АНПА - автономный необитаемый подводный аппарат АНВА - автономный необитаемый водный аппарат ГБО - гидролокатор бокового обзора ДВФУ - Дальневосточный федеральный университет
ИПМТ ДВО РАН - Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук ЛВС - локальная вычислительная сеть ЛН - локальная неоднородность
МАРК — морской автономный робототехнический комплекс
СПУ - система программного управления
MRTA - Multi-Robot Task Allocation
MTSP - Multiple Travelling Salesmen Problem
TSP - Travelling Salesman Problem

сложности задачи планирования [32]. В настоящей работе предполагается использование небольшой группы АНПА (не более 5-7 аппаратов).
При использовании группы однородных АНПА для выполнения задания появляется возможность повысить скорость и надежность выполнения миссии по сравнению с применением одиночного аппарата. Увеличение скорости выполнения миссии достигается путем оптимизации времени ее выполнения. Вероятность успешного выполнения миссии обеспечивается контролем ее выполнения и корректировкой в случае возникновения внеплановых ситуаций. Для этого используется планировщик, расположенный в центральном узле и имеющий информацию о миссии и о ходе ее выполнения.
В процессе выполнения миссии необходимо корректировать имеющийся план в следующих случаях:
• Аппарат вышел из состава миссии. Это может произойти не только в
результате поломки, но и в случае, если аппарату подана более приоритетная команда телеуправления.
• Аппарат включён в состав миссии.
• Аппарат выполнил план. В случае оптимального планирования, в момент
завершения одиночного плана не существует свободных заданий, которые можно было бы поручить освободившемуся АНПА. Однако это возможно при расхождении реального и планируемого времени выполнения заданий возможно.
С учётом сказанного, может быть поставлена задача составления оптимального плана, учитывающая доступность и возможности каждого АНПА, их текущие положения, варианты выполнения каждого задания. Перебор всех вариантов для нахождения оптимального решения в этой задаче трудоёмок даже для небольших примеров (порядка 10 заданий и 3 АНПА).
Чтобы сохранить универсальность постановки, сделаем следующее предположение. Будем считать, что миссия состоит из независимых неделимых заданий, т.е. задания могут быть выполнены в любом порядке, любым АНПА (из тех, которые имеют возможность выполнить данное задание). При этом