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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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文献类型

2 篇 学位论文

馆藏范围

2 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

2 篇 工学
- 2 篇 航空宇航科学与技...

主题

2 篇 云层不确定性
1 篇 分布式协同
1 篇 样本近似
1 篇 多星协同调度
1 篇 枚举算法
1 篇 敏捷对地观测卫星
1 篇 自主规划调度
1 篇 应急不确定性
1 篇 光学对地观测卫星
1 篇 列生成算法
1 篇 时间依赖调度
1 篇 启发式算法
1 篇 分支定价算法
1 篇 dantzig-wolfe分解...
1 篇 分支割平面算法
1 篇 调度

机构

1 篇 国防科学技术大学
1 篇 国防科技大学

作者

1 篇 何磊
1 篇 王建江

语言

2 篇 中文

检索条件"主题词=云层不确定性"

共 2 条记录，以下是1-10 订阅

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详细简洁

排序：

云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题研究

云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题研究

引用

作者：王建江国防科学技术大学

学位级别：博士

光学对地观测卫星是搭载了光学遥感器,从太空获取地面影像数据的卫星平台,在军事和商业领域都发挥着重要作用。随着航天技术的不断发展,光学对地观测卫星在军事侦察、灾害监控、城市规划等诸多领域应用越来越广泛,促使用户对地观测需求... 详细信息

光学对地观测卫星是搭载了光学遥感器,从太空获取地面影像数据的卫星平台,在军事和商业领域都发挥着重要作用。随着航天技术的不断发展,光学对地观测卫星在军事侦察、灾害监控、城市规划等诸多领域应用越来越广泛,促使用户对地观测需求快速增长。如何对有限的卫星观测资源进行合理的统筹规划,制定优化的观测方案,是满足用户需求,提高卫星观测效率,充分发挥对地观测卫星系统效能的关键问题。光学对地观测卫星具有空间分辨率高,信息获取准确等优势,其不足之处是对云层穿透能力弱,观测效果受到云量等级、云层厚度影响很大,实际应用中存在大部分光学对地观测由于云层遮挡而失败。为了获取高质量的地面目标影像数据,光学卫星对地观测应尽量避免云层遮挡的影响。需要注意的是,云层状态不是一成不变的,而是具有很强的不确定性,想要在调度前对云层状态进行准确预测并不现实。因此,分析云层遮挡不确定性对光学卫星对地观测的影响,研究云层不确定条件下光学卫星观测调度问题对于满足用户观测需求,提高卫星观测效能具有重要意义。论文针对云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题,从问题建模和算法求解两方面开展研究,主要工作及创新点如下:1)提出了云层不确定条件下光学对地观测卫星“前摄式+反应式”调度框架论文深入分析云层不确定性对卫星观测的影响,以及云层不确定条件下对地观测卫星调度的特点,考虑卫星观测调度中计划制定、计划实施各个阶段,提出了“前摄式+反应式”综合调度框架。前摄式调度是基于云层预测先验信息,对云层不确定条件下光学卫星观测调度问题建模求解,生成基准观测方案。反应式调度是在基准观测方案执行过程中,针对云层不确定性引起的扰动,对观测调度方案进行修复和调整,维持观测方案的可行性并提高观测收益。该调度框架将地面站静态前摄式调度与星上自主反应式调度有机结合,既能提高卫星观测效率,最大化满足用户需求,又能维持观测方案的稳定性,有效的支持用户决策。2)设计了卫星观测前摄式调度随机期望值模型及分支定价求解算法针对云层不确定条件下光学对地观测卫星前摄式调度问题,以最大化对地观测收益的期望为目标,建立了卫星观测调度随机期望值模型。考虑随机期望值模型具有分块对角结构的特点,论文基于Dantzig-Wolfe分解原理将问题重构为一个set packing主问题和多个约束最长路径规划子问题,然后设计了分支定价算法求问题。通过仿真实验比较了分支定价算法与优化软件CPLEX的求解性能,验证了算法的有效性。3)研究了前摄式调度机会约束规划模型及分支割平面、列生成启发式求解算法针对随机期望值模型不能有效规避风险的不足,在满足一定置信水平的条件下,以最大化观测收益的下界为目标,采用机会约束规划模型对卫星前摄式调度问题建模。针对机会约束规划模型中机会概率难以计算的特点,论文采用样本近似方法将机会约束规划模型转化为便于求解的混合整数规划模型。针对基于禁忌队列的任务指派模型,设计了基于惰性约束的分支割平面算法求解问题最优解。针对卫星观测调度“流变量”模型,基于Dantzig-Wolfe分解原理,设计了列生成启发式算法求解问题近似最优解。论文设计了大量仿真实验对算法性能进行了评估,验证了算法的有效性。4)提出了卫星观测前摄式调度鲁棒模型及精确、启发式求解算法针对云层不确定条件下光学对地观测卫星前摄式调度问题,随机期望值模型和机会约束规划模型都只考虑了将单个任务调度到单个观测资源上,没有考虑到将单个任务同时调度到多个资源上,能够增加任务观测成功的可能性。因此,论文考虑将单个任务同时调度到多个资源上,建立了云层不确定条件下卫星观测前摄式调度鲁棒模型。针对鲁棒模型非线性、难以求解的特点,将问题分解为一个方案选择主问题和多个路径规划子问题,提出了一种精确求解算法。该算法采用基于标记更新思想的动态规划算法求解子问题,基于子问题的所有可行解,采用枚举算法求解主问题。针对精确算法不能求解大规模问题的不足,论文基于随机采样思想设计了5个多通道启发式求解算法。采用仿真实验验证了鲁棒模型的优越性和求解算法的有效性,并分析了不同算法求解不同规模问题的性能优劣。5)提出了卫星观测反应式调度多目标优化模型及启发式求解算法针对云层不确定性引起的扰动,同时考虑调度收益和调度稳定性,论文建立了卫星观测反应式调度多目标优化模型。针对反应式调度时效性要求高,计算资源能力有限的特点,论文设计了基于任务插入、任务撤销、任务置换等策略的高效启发式求解算法。仿真实验结果表明,反应式调度不仅能够提高调度性能,增加观测收益,还能够降低云层不确定性对用户决策的干扰。

关键词：光学对地观测卫星调度云层不确定性 Dantzig-Wolfe分解分支定价算法样本近似分支割平面算法列生成算法枚举算法启发式算法

来源：评论

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敏捷卫星协同调度模型与算法

敏捷卫星协同调度模型与算法

引用

作者：何磊国防科技大学

学位级别：博士

作为空间图像采集的主要平台,对地观测卫星的主要任务是根据用户需求获取地球表面的观测信息,由于其具有覆盖范围广、成像时间长、不受国境限制等优势,对地观测卫星在经济发展、灾害救援和应急监测等任务中发挥着越来越重要的作用。近年... 详细信息

作为空间图像采集的主要平台,对地观测卫星的主要任务是根据用户需求获取地球表面的观测信息,由于其具有覆盖范围广、成像时间长、不受国境限制等优势,对地观测卫星在经济发展、灾害救援和应急监测等任务中发挥着越来越重要的作用。近年来,卫星能力的不断发展以及新的应用需求的不断提出,为当前的卫星任务观测规划系统提出了新的挑战:新一代敏捷对地观测卫星与传统卫星相比,带有时间依赖特性,其规划调度问题更加复杂;大面积区域监测、海洋移动目标跟踪等复杂任务需要多颗卫星之间能够有效协同;云层遮挡等实时变化的天气情况对卫星成像的影响较大,降低了卫星的使用效能;突发紧急任务的观测需求要求卫星具有快速响应能力。本文围绕敏捷卫星协同调度问题,从以下几个方面展开研究:首先,研究带有时间依赖的单颗敏捷卫星调度问题。能够在确定性环境下高效的求解单星调度问题,是能够良好解决多星协同调度问题和不确定性环境下敏捷卫星调度问题的关键。提出了一种结合自适应大邻域搜索算法和禁忌搜索算法的混合算法,算法包含多种禁忌规则、多个通用随机化邻域算子、一种部分序列支配策略、一种针对带有序列依赖和时间依赖调度问题的任务快速插入策略。该调度方法具有良好的通用性,在包括单颗敏捷卫星调度问题在内的三类不同问题上,均取得了比当前最优算法更好的效果。同时分析了算法在具有不同特性的算例上的表现,得出了一些指导算法参数设置的通用结论。最后,考虑到当前在带有时间依赖的敏捷卫星调度领域公开的测试数据和源代码较少,本文公开使用的测试数据和源代码,以促进本领域的研究。其次,研究带有时间依赖的多颗敏捷卫星协同调度问题。多星协同调度问题的主要难点之一是由于卫星数量增加而导致的解空间急剧增大。为了解决该问题,首先深入分析了针对多星协同调度问题进行任务分配的必要性。提出一种自适应任务分配策略,将提出的自适应大邻域搜索算法扩展到多个卫星协同调度的情况。该自适应分配方法考虑了多种任务分配方式,算法能够根据不同算例的特性自主调整各个任务分配算子的权重,从而实现自适应的任务分配。大量的计算结果表明,所提出的自适应任务分配机制比当前最新的多卫星协同调度方法更有效。在仿真实验中研究了参数对算法性能的影响,并对不同算例进行了比较,得出了一些通用结论。再次,研究考虑时变云层遮挡的多颗敏捷卫星协同调度问题。针对如实时变化的云层遮挡这类可以预测的不确定性,提出一种介于全在线与离线之间的、用于实时调度问题的分层式协同调度方法。利用云层预报的准确性随着预测提前时间的减少而提高的特性,该方法从一个简单的任务分配和粗略调度过程开始,随着任务观测开始时间的临近,对云层的预测准确性逐渐提高,逐步改善调度的精细度。本方法通过推迟调度时间,有效减少云层覆盖对观测的影响。同时,与传统的包含离线调度和在线重调度的两阶段调度方法相比,此方法中确定具体观测开始时间的精细调度仅执行一次,从而实现了更高的资源利用率。仿真结果表明,该算法可以在多种任务分布方式、调度范围、任务数量和卫星数量的算例上,降低计算成本、提高解质量,特别是针对规模较大的算例。该框架和层次结构机制也可以应用于其他具有实时变化环境的大规模优化问题。最后,研究考虑紧急任务的多星分布式协同调度问题。紧急任务是卫星系统在应用过程中经常遭遇的一类不确定性事件,例如自然灾害、周边热点事件等等,由于较大的时间和空间的不确定性,很难对这些紧急任务进行预测。针对此问题,提出一种多可行解合成框架,将复杂的星上调度问题转换为一个简单的可行解选择问题,实现在有限的计算资源和计算时间的约束下,快速生成一个质量较高的解。同时,提出多种不确定环境下多卫星分布式协同调度方法,包含一种贪婪选择机制、一种基于多Agent马尔可夫决策过程的最优协同策略机制、以及一种基于混合整数规划的最优选择机制。提出的多星协同方法使卫星可以根据策略快速做出独立决策,从而在不进行通信的情况下也能快速取得较高收益。通过多组仿真实验,验证了提出的多解合成框架和分布式协同策略对于星上重调度问题的有效性。同时,实验发现了不同协同策略对具有不同特征的算例的适应性。

关键词：敏捷对地观测卫星时间依赖调度多星协同调度云层不确定性应急不确定性分布式协同自主规划调度

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