Συνεργατική πλοήγηση με ανοχή σε σφάλματα δικτυωμένων σμηνών UAV για παρακολούθηση δασικών πυρκαγιών

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, ο συντονισμός των σμηνών μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV) έχει παρουσιάσει σημαντική ανάπτυξη λόγω των ευρειών πρακτικών εφαρμογών του, όπως η έρευνα και διάσωση, η συνεργατική εξερεύνηση και η επιτήρηση στόχων. Με κίνητρο την ευελιξία των UAV και την πρόσφατη πρόοδο των στρατηγικών συνεργατικού ελέγχου που βασίζονται σε γραφήματα, αυτή η εργασία στοχεύει να αναπτύξει ένα πλαίσιο συνεργασίας ανεκτικό σε σφάλματα για δικτυωμένα UAV με εφαρμογές για την παρακολούθηση δασικών πυρκαγιών. Κατ’ αρχάς, θα εξετασθεί μια συνεργατική στρατηγική πλοήγησης που βασίζεται στη θεωρία γραφημάτων δικτύου για να συντονίζει όλα τα συνδεδεμένα UAV σε ένα σμήνος παρουσία άγνωστων διαταραχών. Η σταθερότητα του εναέριου συστήματος σμήνους θα καταστεί εγγυημένη χρησιμοποιώντας την προσέγγιση Lyapunov. Σε περίπτωση ζημιάς στους ενεργοποιητές ορισμένων από τα UAV κατά τη διάρκεια της αποστολής, εφαρμόζεται στη συνέχεια ένας αποκεντρωμένος αλγόριθμος εκ νέου ανάθεσης εργασιών, ο οποίος καθιστά το σμήνος UAV πιο εύρωστο σε αβεβαιότητες. Τέλος, θα προταθεί μια προσέγγιση αποφυγής συγκρούσεων βασισμένη σε νέα γεωμετρία η οποία χρησιμοποιεί ενσωματωμένες αισθητηριακές πληροφορίες για την αποφυγή πιθανών συγκρούσεων κατά τη διάρκεια της αποστολής. Η αποτελεσματικότητα και η σκοπιμότητα του προτεινόμενου πλαισίου επαληθεύονται αρχικά με προσομοιώσεις και στη συνέχεια με χρήση πραγματικών στοιχείων από δοκιμές πτήσεων σε υπαίθρια περιβάλλονταΠερίληψη: Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη στρατηγικών πλοήγησης και αποφυγής συγκρούσεων για σμήνη UAVs σε σύνθετα περιβάλλοντα, με ιδιαίτερη έμφαση στη συνεργατικότητα και την ανθεκτικότητα του συστήματος. Εξετάζονται οι αλγόριθμοι εντοπισμού κινδύνων σύγκρουσης μέσω αισθητήρων, η γεωμετρική προσέγγιση για την αποφυγή συγκρούσεων και η καθοδήγηση σημείων πορείας. Παράλληλα, περιγράφεται η ενσωμάτωση αυτών των στρατηγικών σε ένα ενιαίο σύστημα που βασίζεται στην επικοινωνία και τη ροή δεδομένων μεταξύ UAVs. Επιπλέον, αναλύονται η εφαρμογή του αλγορίθμου Kuhn–Munkres για ανακατανομή εργασιών και οι προσαρμογές του σε δυναμικές συνθήκες, όπως η απώλεια UAVs. Το ολοκληρωμένο σύστημα πλοήγησης προσφέρει αυξημένη αποδοτικότητα, ακρίβεια και ασφάλεια, ενώ παράλληλα προτείνει μεθόδους που ενισχύουν τη δυνατότητα εφαρμογής σε κρίσιμα πεδία, όπως η διαχείριση δασικών πυρκαγιών