Routing Multiple UAVswith Simulated Annealing: a Multi Objective Approach


İfraz M., Yıldız A. S., Özcan S., Daş G. S., Ersöz S.

3rd International Defense Industry Symposium, Kırıkkale, Turkey, 7 - 09 October 2021, vol.1, no.1, pp.21

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • Volume: 1
  • City: Kırıkkale
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.21
  • Gazi University Affiliated: Yes

Abstract

Nowadays, UAVs are actively used in military missions such as intelligence, reconnaissance and surveillance. The most important feature of UAVs is that they can be perform dangerous and risky missions since they are autonomous or remote controlled. UAVs are produced and used by many countries due to their abilities and the flexibility that they provide to various processes.

Military operations have a multi-objective nature due to their complexity. It is difficult to plan missions by considering a single objective. The main objective of UAV planning is to guarantee that UAVs return to the departure base or directed to another mission as soon as they complete the mission successfully. The routes of UAVs, which take off from different bases, are mainly determined by considering the position and duration of missions. While planning the route, a number of different objectives such as minimizing the travel time or travel distance, minimizing the fuel costs of UAVs or minimizing the deviations in the workload of the staff controlling the UAV can be defined.

In this study, the route planning is done by considering two objectives. The first objective is to minimize the total flight time of UAVs, whereas the second objective is to minimize deviations in the workload of the staff controlling the UAV. A Simulated Annealing algorithm in MATLAB is developed for this multi-objective problem. Problem specific neighborhood structures are designed for the developed algorithm. Next, the developed algorithm is tested by using problems produced to include different number of tasks. Results reveal that the proposed approach is capable of solving the defined problem in a reasonable time.

Günümüzde İHA’lar istihbarat, keşif, gözetleme gibi askeri görevlerde aktif olarak kullanılmaktadırlar. IHA'ların en önemli özelliği, otonom veya uzaktan kumandalı olmalarından dolayı tehlikeli ve riskli görevleri gerçekleştirebilmeleridir. İHAlar, yetenekleri ve çeşitli süreçlere sağladıkları esneklik nedeniyle birçok ülke tarafından üretilmekte ve kullanılmaktadır.

Askeri operasyonlar karmaşıklıkları nedeniyle çok amaçlı bir yapıya sahiptir. Görevleri tek bir amaç göz önünde bulundurarak planlamak zordur. IHA planlamasında temel amaç İHA'ların görevi başarıyla tamamlar tamamlamaz kalkış üssüne dönmelerini veya başka bir göreve yönlendirilmelerini sağlamaktır. Farklı üslerden kalkan İHA rotaları esas olarak misyonların konumu ve süresi dikkate alınarak belirlenir. Rotayı planlarken, İHA'ların seyahat süresini veya seyahat mesafesini en aza indirmek, yakıt maliyetlerini en aza indirmek veya İHA'yı kontrol eden personelin iş yükündeki sapmaları en aza indirmek gibi bir dizi farklı amaç tanımlanabilir.

Bu çalışmada, rota planlaması iki amaç dikkate alınarak yapılmıştır. İlk amaç İHA’lar toplam uçuş süresinin enazlamak iken ikinci amaç İHA'yı kontrol eden personelin iş yükündeki sapmaları en aza indirmektir. Bu çok amaçlı problemi çözmek için MATLAB’da bir Tavlama Benzetimi algoritması geliştirilmiştir. Sonrasında, probleme özgü komşuluk yapıları kullanan bu algoritma, farklı görev sayısı içerecek şekilde üretilmiş problemler kullanılarak test edilmiştir. Sonuçlar, önerilen yaklaşımın tanımlanan problemi makul bir sürede çözebildiğini göstermektedir.