面向应急对地观测任务的多平台协同调度方法研究

Currently, the development of space and aviation equipments in our nation has turned into the phase of intergrated application. However, the scarcities of the capability of obtaining real-time information and consecutive conservation have appeared gradually, which restricts the application of the equipments in emergency. Satellite, aeroboat and airplane/unpiloted airplane are effective platforms observing the earth. However, the working schemes of the three kinds of platforms are different, with their own advantages and limitions, respectively. Hence, the investigation on the collaborative scheduling of the three platforms is seriously required, improving the intergrated application efficiency in emergency, to satisfy the requirements of dealing with the outburst and uncertainty of emergencies. To solve the above problems, we will set about our investigation in the following four folds: (1) task description and decomposition: pick up the characteristics of the description of all kinds of task requirements, disassemble complex tasks; (2) resource modeling and capability measuring: construct the depiction model of resource capability; develop the matching methods between resource capability and task requirement; (3) resource optimization collocation: design the scheme of resource disposition, investigate the dynamic collocation methods of resource; (4) task collaborative allocation: investigate the architecture, model and algorithm of task collaborative allocation on multiple platforms. The investigation of our project has important signification both in theory and practice, which can effectively improve the capability of quick response and consecutive conservation in emergency.

目前，我国航天、航空装备进入了综合利用发展阶段，但在实际应用中，逐步暴露出信息实时获取能力和持续保障能力不足等问题，严重制约着在应急行动中的应用。卫星、临近空间飞艇与无人机/有人机是实现对地观测的三类有效平台。但是三类平台资源工作方式各异，各具优势，同时又存在各自的局限性，因此迫切需要对三类平台的协同调度问题开展研究，提高其在应急条件下的综合应用效能，以满足应对应急事件突发性和不确定性的需求。针对以上问题本项目致力于以下4个方面的研究：（1）任务描述与分解：提取各类任务需求描述的特征，对复杂任务进行分解；（2）资源建模与能力度量：构建资源能力描述模型；研究资源能力与任务需求匹配方法；（3）资源优化配置：设计资源部署方案，研究资源动态调整配置方法；（4）任务协同分配：研究多平台协同任务分配结构、模型及算法。本项目的研究具有重要理论及实践意义，可以有效提升对应急事件的快速响应和持续保障能力。

目前，我国航天、航空装备进入了综合利用发展阶段，卫星、临近空间飞艇与无人机/有人机是实现对地观测的三类有效平台。但是，在实际应用中，逐步暴露出信息实时获取能力和持续保障能力不足等问题，严重制约着对地观测平台在抢险救灾、反恐维稳、区域作战等应急行动中的应用。其中最主要的问题之一是如何在应急情况下进行有效的空天资源协同对地观测。本项目研究了面向应急对地观测任务的多平台协同调度方法以提高多平台对地观测系统的应急快速响应能力。本课题的主要研究成果包括：.（1）研究了多类型平台多载荷条件下复杂观测任务分解方法。针对应急对地观测中的任务需求，以及不同平台的特点，提出了多类型平台复杂任务的分解框架，通过构造覆盖网格空间，采用网格统计法统计综合覆盖率，即实际被观测部分的情报价值占目标总价值的比例，减少不必要的重复观测，以期获得更高的价值覆盖收益。 .（2）研究了多类型平台的资源建模与能力度量方法。针对三类不同平台资源能力的异构性，提出多平台及载荷规范化描述的参数体系，分析各类资源涉及的时空关系和约束条件，构建资源能力描述模型；提出资源能力与任务需求匹配方法，分析可用于执行任务的资源集合，建立任务需求与资源能力关联模型，实现任务需求与资源的智能化匹配，以支持多平台任务协同调度问题的求解。.（3）研究了适应资源变化的配置方案动态调整方法。针对初始部署方案执行过程中资源增加或者故障的问题，提出了适应资源变化的配置方案动态调整方法，根据不同资源变化情况，自适应采用不同的策略对初始部署方案进行调整，实现观测区域优化覆盖，提高观测效率。.（4）研究了卫星、临近空间飞艇与无人机/有人机多平台协同任务分配。针对不同平台资源载荷特点及管理控制上的相对独立性，设计了基于Agent的多平台协同规划框架及协同工作流程，在目前观测资源的组织结构的基础上，有效应对来自对地观测系统内外部的扰动，以提高多平台协同的鲁棒性、反应性、灵活性和扩展性；提出面向任务协同分配的自适应模拟退火算法，将任务快速分配给最适合完成的平台资源，实现多平台协同工作，提高任务调度求解速度。