Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2167 - 2178 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.990791 İndeks Tarihi: 29-09-2023

İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler

Öz:
İnsansız hava araçlarının (İHA’ların) askeri ve sivil amaçlarla artan kullanımı ile birlikte İHA rotalama problemi önem kazanmaktadır. İHA’ların sayısı ve özellikleri, rotalama yapılan alanın özellikleri ve kullanılan amaç fonksiyonları gibi faktörlerle değişkenlik gösteren bu problem için literatürde farklı yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada, bir üsten ayrıldıktan sonra farklı önem derecelerine sahip olan hedef noktalarına uğrayarak geri dönmesi gereken özdeş bir İHA filosunun rota planlama problemi ele alınmıştır. Toplam mesafenin minimize edilmesi ve ziyaret edilen hedeflerin toplam önemlerinin maksimize edilmesi şeklinde iki amaç fonksiyonu kullanılmış, tek bir çözüm yerine alternatif etkin çözümler üretilmiştir. Problem matematiksel model ve genetik algoritma yaklaşımları ile çözülmüş, farklı sayıda İHA ve hedef noktaları ile sayısal testler yapılmıştır. İki yöntemle de karar vericilere sunmak üzere amaç uzayının farklı bölgelerinden çözümler elde edilebilmiştir. Ayrıca, genetik algoritma ile çok daha kısa sürelerde kesin çözümlere yakın çözümler bulunabildiği görülmüştür.
Anahtar Kelime: İnsansız hava aracı rota planlama çok amaçlı optimizasyon genetik algoritma

Biobjective route planning for a fleet of UAVs: Exact and heuristic approaches

Öz:
As the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) for military and civilian purposes increases, UAV route planning problem has gained importance. The problem varies according to factors like the number and properties of UAVs, the characteristics of the terrain and the objective functions used; and different approaches have been developed for it in the literature. This study considers route planning for a fleet of homogeneous UAVs that need to collect information from target points with different levels of importance before returning to the base. The two objectives used are minimizing the total distance traveled and maximizing the total importance level of the targets visited, and alternative efficient solutions are generated rather than a single solution. The problem is solved with mathematical modelling and genetic algorithm approaches, and computational tests are made with different number of UAVs and target points. Solutions from different regions of the objective space could be obtained to be presented to the decision makers by both methods. Also, with the genetic algorithm, solutions close to the exact solutions could be obtained in considerably shorter computation times.
Anahtar Kelime: Unmanned aerial vehicles route planning multiobjective optimization genetic algorithm

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Coutinho, W.P., Battarra, M., Fliege, J., The unmanned aerial vehicle routing and trajectory optimisation problem, a taxonomic review, Computers & Industrial Engineering, Comput. Ind. Eng., 120, 16–128, 2018.
  • 2. Sundar, K., Rathinam, S., Algorithms for Routing an Unmanned Aerial Vehicle in the Presence of Refueling Depots, IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., 11, 287–294, 2014.
  • 3. Ousingsawat, J., UAV Path Planning for Maximum Coverage Surveillance of Area with Different Priorities, The 20th Conference of Mechanical Engineering Network of Thailand, Thailand, 2006.
  • 4. Hernández-Hernández, L., Tsourdos, A., Shin, H.-S., Waldock, A., Multi-objective UAV routing, International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 534–542, 2014.
  • 5. Qu, C., Gai, W., Zhang, J., Zhong, M., A Novel Hybrid Grey Wolf Optimizer Algorithm for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Path Planning, Knowledge-Based Systems, 194, 105530, 2020.
  • 6. Tezcaner Öztürk, D., Köksalan, M., An interactive approach for biobjective integer programs under quasiconvex preference functions, Ann. Oper. Res., 244, 677–696, 2016.
  • 7. Tezcaner Öztürk, D., Köksalan, M., Biobjective Route Planning of an Unmanned Air Vehicle in Continuous Space, Transportation Research Part B: Methodological, 168, 151-169, 2023.
  • 8. Türeci, H., Interactive Approaches for Bi-Objective UAV Route Planning in Continuous Space, M.S. Thesis, The Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University, Ankara, 2017.
  • 9. Daşdemir, E., Köksalan, M., Tezcaner Öztürk, D., A Flexible Reference Point-based Multi-objective Evolutionary Algorithm: An Application to the UAV Route Planning Problem, Computers & Operations Research, 114, 104811, 2020.
  • 10. Korkmaz, Y., İyibilgin, O., Fındık, F., Geçmişten Günümüze İnsansız Hava Araçlarının Gelişimi, SAÜ Fen Bilim. Enstitüsü Derg., 20, 103, 2015.
  • 11. Lamont, G.B., Slear, J.N., Melendez, K., UAV Swarm Mission Planning and Routing using Multi-Objective Evolutionary Algorithms, IEEE Sympoisum on Computational Intelligence in Multicriteria Decision Making, 10–20, 2007.
  • 12. Peng, X., Gao, X., A Multi-objective Optimal Approach for UAV Routing in Reconnaissance Mission with Stochastic Observation Time, Foundations of Intelligent Systems, ISMIS, 246–255, 2008.
  • 13. Levy, D., Sundar, K., Rathinam, S., Heuristics for Routing Heterogeneous Unmanned Vehicles with Fuel Constraints, Math. Probl. Eng, 2014.
  • 14. Wu, W., Wang, X., Cui, N., Fast and Coupled Solution for Cooperative Mission Planning of Multiple Heterogeneous Unmanned Aerial Vehicles, Aerosp. Sci. Technol., 79, 131–144, 2018.
  • 15. Uçar, U. Ü., İşleyen, S. K., Hareketli Hedefli – Heterojen Filolu İHA Rotalama Problemi için Yeni bir Çözüm Yaklaşımı, Politeknik Dergisi, 22 (4), 999-1016, 2019.
  • 16. Yılmaz N., Gencer C.T., Integration of Sensor Vision Capabilities on UAV Flight Route Optimization: A Linear Model and a Heuristic Algorithm Proposal, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (4), 1917-1928, 2019.
  • 17. Liu, X., Ma, J., Chen, D., Zhang, L.-Y., Real-time Unmanned Aerial Vehicle Cruise Route Optimization for Road Segment Surveillance using Decomposition Algorithm, Robotica, 39 (6), 1007-1022, 2021.
  • 18. Semiz, F., Polat, F., Solving the Area Coverage Problem with UAVs: A Vehicle Routing with Time Windows Variation, Robotics and Autonomous Systems, 126, 103435, 2020.
  • 19. Karakaya, M., UAV Route Planning for Maximum Target Coverage, Comput. Sci. Eng. An Int. J., 4 27–34, 2014.
  • 20. Alotaibi, K.A., Rosenberger, J.M., Mattingly, S.P., Punugu, R.K., Visoldilokpun, S., Unmanned Aerial Vehicle Routing in the Presence of Threats, Comput. Ind. Eng., 115, 190–205, 2018.
  • 21. Yakıcı, E., Solving Location and Routing Problem for UAVs, Comput. Ind. Eng., 102, 294–301, 2016.
  • 22. Ergezer, H., Leblebicioğlu, K., Online Path Planning for Unmanned Aerial Vehicles to Maximize Instantaneous Information, International Journal of Advanced Robotic Systems, 18 (3), 2021.
  • 23. Daşdemir, E., Batta, R., Köksalan, M., Tezcaner Öztürk, D., UAV Routing for Reconnaissance Mission: A Multi-objective Orienteering Problem with Time-dependent Prizes and Multiple Connections, Computers & Operations Research, 145, 105882, 2022.
  • 24. Chankong, V., Haimes, Y.Y., Multiobjective Decision Making: Theory and Methodology, North-Holland, New York, 1983.
  • 25. Deb, K., A., Pratap, A., Agarwal, S., Meyarivan, T., A Fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm, NSGA-II, IEEE Trans. Evol. Comput., 6, 182–197, 2002.
  • 26. Deb, K., Multi-Objective Optimization Using Evolutionary Algorithms, Wiley, 235, 2001.
  • 27. Bento, M. D. F., Unmanned Aerial Vehicles: An Overview, Inside GNSS, 3 (1), 54-61, 2008.
  • 28. Shang, K., Ishibuchi, H., He, L., Pang, L.M., A Survey on the Hypervolume Indicator in Evolutionary Multiobjective Optimization, IEEE Trans. Evol. Comput., 25 (1), 2021.
APA Biskin B, Tezcaner Öztürk D, Tuncer Sakar C (2023). İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. , 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
Chicago Biskin Busra,Tezcaner Öztürk Diclehan,Tuncer Sakar Ceren İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. (2023): 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
MLA Biskin Busra,Tezcaner Öztürk Diclehan,Tuncer Sakar Ceren İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. , 2023, ss.2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
AMA Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. . 2023; 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
Vancouver Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. . 2023; 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
IEEE Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C "İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler." , ss.2167 - 2178, 2023. 10.17341/gazimmfd.990791
ISNAD Biskin, Busra vd. "İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler". (2023), 2167-2178. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.990791
APA Biskin B, Tezcaner Öztürk D, Tuncer Sakar C (2023). İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(4), 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
Chicago Biskin Busra,Tezcaner Öztürk Diclehan,Tuncer Sakar Ceren İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.4 (2023): 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
MLA Biskin Busra,Tezcaner Öztürk Diclehan,Tuncer Sakar Ceren İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.4, 2023, ss.2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
AMA Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
Vancouver Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(4): 2167 - 2178. 10.17341/gazimmfd.990791
IEEE Biskin B,Tezcaner Öztürk D,Tuncer Sakar C "İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.2167 - 2178, 2023. 10.17341/gazimmfd.990791
ISNAD Biskin, Busra vd. "İki amaçlı İHA filosu rota planlaması: Kesin ve sezgisel yöntemler". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/4 (2023), 2167-2178. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.990791