برنامه‌ریزی مسیر پهپادهامبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی پروانه درفضای سه‌بعدی

Abstract

تحقیقات بسیاری در زمینه برنامه‌ریزی مسیر به عنوان یکی از مهم‌ترین مسائل در پهپادها انجام شده است که باتوجه به شرایط و محدودیت‌های موجود، نتایج مختلفی به همراه داشته است. در این پژوهش از یک الگوریتم پیشنهادی موثر مبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی پروانه استفاده شده که دارای یک تابع مطلوبیت و قابلیت بهینه‌سازی همزمان چند پاسخ است. وجه تمایز BOA نسبت به سایر الگوریتم‌های فراابتکاری آن است که هر پروانه با ترکیب اطلاعات به دست آمده از گیرنده‌های مختلف حسی‌، برازش منحصر به خود را در مسیر تولید کرده و از این جهت توانایی خوبی در حل مسائل چندهدفه دارد. در این نوشتار از یک تابع هدف سه‌بعدی به منظور محاسبه طول کوتاه‌ترین مسیر، شدت برخورد با موانع، جلوگیری از تصادم و افزایش توان عملیاتی پهپاد که تابعی از میزان انرژی مصرف شده است، استفاده خواهد شد. همچنین مفهوم عامل پرتاب هوشمند استفاده شده در این الگوریتم همزمان باعث جلوگیری از گیر افتادن در بهینه‌های محلی و افزایش سطح پوشش شبکه در فرایند مسیریابی می‌شود. این عامل پرتاب با استفاده از تکنیک‌های هندسی و منحنی میزان، مانع از برخورد پهپاد با موانع می شود. عملکرد الگوریتم پیشنهادی با روش‌های کلونی مورچه و بهینه‌سازی ازدحام ذرات به عنوان کاربردی‌ترین الگوریتم‌های فراابتکاری مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد، الگوریتم BOA در مقایسه با دو الگوریتم دیگر، در بهترین حالت، دارای کمترین هزینه و در بدترین حالت، دومین کمترین هزینه را داشته است. هم‌چنین BOA از نظر مدت زمان اجرا و مقدار بهینه تابع برازش، به نسبت دو الگوریتم دیگر عملکرد بهتری دارد.