Оптимізація траєкторії руху датчиків з урахуванням важливості ділянок території моніторингу та ймовірності виявлення об’єктів

Abstract

У зв’язку з поширенням використання датчиків у задачах збору та обробки даних одними із ключових критеріїв є об’єм накопиченої інформації та енергоефективність. Під час моніторингу території поширений рух об’єктів дослідження, в результаті можлива зміна ймовірності їх виявлення у ділянці території. Також ділянки території можуть бути різної важливості. Врахування даних факторів суттєво збільшить кількість накопиченої інформації. Представлено метод побудови оптимальної траєкторії руху датчиків з урахуванням важливості ділянок території та ймовірності виявлення об’єктів. Метод ґрунтується на представленні розподілу ймовірності виявлення об’єктів та важливості ділянок території у вигляді шарів та їх об’єднання у шар ймовірної цінності виявлених об’єктів. Розглянуто сім класів ймовірної цінності виявлених об’єктів з відповідними числовими та графічними еквівалентами. Під оптимальною траєкторією розглядаємо траєкторію руху датчика, що забезпечує мінімальні енерговитрати. Енергоефективність досягається шляхом побудови траєкторії мінімальної довжини. Задача побудови траєкторії мінімальної довжини, що проходить всі задані точки, знаходиться як розв’язок задачі комівояжера. Набір точок, за якими будується траєкторія, формується на основі шару ймовірної цінності виявлених об’єктів після проведення процедури заміни вузлів. Для кожного класу ймовірної цінності виявлених об’єктів запропоновано окремий клас заміни вузлів або суперпозицію класів їх заміни. Описано заміну п’яти, трьох та двох вузлів. Для пошуку розв’язку представленої задачі використано генетичний алгоритм з модифікацією правил схрещування та селекції. З використанням запропонованого алгоритму побудовано сімейство траєкторій. Аналіз отриманих результатів підтвердив ефективність розробленого методу та дозволив збільшити енергоефективність при покритті конкретної території на 76 %.