طراحی سناریوی پوشش یک منطقه گسترده مرزی توسط گروهی از پهپادها با قابلیت تمرکز بر نواحی اولویت‌دار

پوشش مداوم مناطق مرزی گسترده مستلزم بکارگیری گروهی از پهپادهای همکار می‌باشد. پژوهش‌های پیشین به کمک صفحه مجازی مکانیزمانی زمینه‌ی مقایسه الگوها و سناریوهای مختلف پوشش را بر اساس معیارهایی همچون زمان بازدید مجدد، درصد پوشش مکانیزمانی و میزان یکنواختی پوشش فراهم نمود. در ادامه این تحقیقات، مقاله حاضر به دنبال استفاده از مفهوم پوشش مکانیزمانی برای ارائه روند طراحی خودکار سناریوی پوشش با قابلیت تمرکز بر مناطق اولویت‌دار از قبیل گذرگاه‌ها می‌باشد. سناریوی طراحی شده بر اساس تعداد و توزیع پهپادها در هر فرودگاه، اختلاف زمانی برخاست پهپادها، الگوی حرکت هر یک از پهپادها و سرعت آن‌ها در طول مسیر توصیف می‌گردد. تمرکز بیشتر بر مناطق بااهمیت نیز با تعیین اختلاف زمانی برخاستن پهپادها از فرودگاه‌ها و یا تغییر سرعت آن‌ها بر روی مناطق مورد نظر تامین می‌شود. فرایند طراحی پیشنهادی قیودی از قبیل حداقل سرعت و حداکثر مداومت پروازی پهپادها، مشخصات مسیر، بار محموله و ... را در تولید مسیرهای مجاز در نظر گرفته و در انتخاب سناریوی نهایی، اولویت‌های کاربر را در خصوص کاهش تعداد پهپادها، افزایش میزان پوشش کل منطقه و کاهش حداکثر و متوسط زمان بازدید مجدد مدنظر قرار می‌دهد. فرایند پیشنهادی در قالب یک نرم‌افزار پیاده‌سازی شده و نتایج حاصل از آن قابلیت این روش در طراحی سناریوی مناسب بر اساس مطالبات کاربر و قیود موجود را نشان می‌دهد. همچنین سناریوی پیشنهادی با حالتی که پوشش همه نقاط ناحیه مرزی از اولویت یکسان برخوردار است، مقایسه شده است.

Cooperative patrolling Scenario design providing the ability to focus on priority areas by a group of UAVs

Continuous aerial patrolling of long borders of a country requires a group of cooperative unmanned aerial vehicles (UAVs). Previous research based on the spatiotemporal virtual plane provided a framework for comparing different patterns and scenarios of patrolling from the point of view of criteria such as revisit time, percentage of spatiotemporal coverage and the degree of uniformity of coverage. Continuing previous research, the present paper uses the concept of spatiotemporal coverage to provide an automated process for patrolling scenario design with the ability to focus on priority areas such as intruder’s corridors. The designed scenario is described based on the number and distribution of the UAVs at each airport, the time difference between their takeoffs, the movement pattern of each UAV and their speed along the path. More focus on priority areas is provided by adjusting the time difference between takingoff the UAVs from the airports or changing their speed on the interested areas. The proposed process considers practical constraints such as minimum speed and maximum flight duration of UAVs, path specifications, payload specifications, and etc. in the production of feasible paths. In the following, the user’s priorities regarding reducing the number of UAVs, increasing the coverage percentage, and the reduction of the maximum and average revisit time is considered in selecting the final scenario among the produced feasible path. The proposed process is implemented as a toolbox and the results show the ability of this method to design an appropriate scenario based on user requirements and existing constraints.